TCP/IP三次握手四次揮手

背景

• 和女友異地戀一年多，爲了保持感情我提議天天晚上視頻聊天一次。
• 從好上開始，到如今，一年多也算堅持下來了。

問題

• 有時候聊天的過程當中，個人網絡或者她的網絡可能會很差，視頻就會卡住，聽不到對方的聲音，過一下子以後纔會恢復。

• 中間雙方可能就要不斷的確認網絡是否恢復，可是有時候會：

• 她：「你能夠聽到了嗎？」

• 我：「能夠了，你呢？」、

• 她：「喂喂，你能夠聽到了嗎？」

• 我：「能夠了，我能夠聽到了，你呢？」

• 她：「你能夠聽到了嗎？」 .....

• 這種狀況很蛋疼，那麼怎樣才能找一個簡單的辦法，讓兩我的都確認本身能夠聽到對方的聲音，對方也能夠聽到本身的聲音呢？

• 注：如下情節純屬虛構

方案

• TCP創建鏈接爲何是三次握手，而不是兩次或四次？

• TCP，名爲傳輸控制協議，是一種可靠的傳輸層協議，IP協議號爲6。

• 順便說一句，原則上任何數據傳輸都沒法確保絕對可靠，三次握手只是確保可靠的基本須要。

• 舉個平常例子，打電話時咱們對話以下：

• 對應爲客戶端與服務器之間的通訊：

• 因而有了以下對話： -我：1+1等於幾？

• 她：2,2+2等於幾？

• 我：4

• 首先兩我的約定協議

• 1.感受網絡狀況不對的時候，任何一方均可以發起詢問

• 2.任何狀況下，若發起詢問後5秒還沒收到回覆，則認爲網絡不通

• 3.網絡不通的狀況下等1min路由器以後再發起詢問

• 對於我而言，發起 「1+1等於幾」的詢問後

• 1. 若5s內沒有收到回覆，則認爲網絡不通
• 2. 若收到回覆，則我確認①我能聽到她的消息 ②她能聽到個人消息，而後回覆她的問題的答案

• 對於她而言，當感受網絡狀況不對的時候

• 1. 若沒有收到個人詢問，則她發起詢問
• 2. 若收到「1+1等於幾」，則她確認 ①她能夠聽到個人消息，而後回覆個人問題的答案和她的問題「2，2+2等於幾」
• 3. 若5s內沒有收到個人回覆「4」，則她確認 ②我聽不見她的消息
• 4. 若5s內收到了個人回覆「4」，則她確認 ②我能夠聽見她的消息

• 這樣，若是上面的對話得以完成，就證實雙方均可以確認本身能夠聽到對方的聲音，對方也能夠聽到本身的聲音！

• 這個故事能夠解釋TCP爲何要三次握手嗎 ... 囧

關於四次揮手

• 先由客戶端向服務器端發送一個FIN，請求關閉數據傳輸。
• 當服務器接收到客戶端的FIN時，向客戶端發送一個ACK，其中ack的值等於FIN+SEQ
• 而後服務器向客戶端發送一個FIN，告訴客戶端應用程序關閉。
• 當客戶端收到服務器端的FIN是，回覆一個ACK給服務器端。其中ack的值等於FIN+SEQ

爲何要4次揮手？

• 確保數據可以完整傳輸。
• 當被動方收到主動方的FIN報文通知時，它僅僅表示主動方沒有數據再發送給被動方了。
• 但未必被動方全部的數據都完整的發送給了主動方，因此被動方不會立刻關閉SOCKET,它可能還須要發送一些數據給主動方後，
• 再發送FIN報文給主動方，告訴主動方贊成關閉鏈接，因此這裏的ACK報文和FIN報文多數狀況下都是分開發送的。

1、TCP報文格式

TCP報文格式圖：

• 上圖中有幾個字段須要重點介紹下：

  • （1）序號：Seq序號，佔32位，用來標識從TCP源端向目的端發送的字節流，發起方發送數據時對此進行標記。

  • （2）確認序號：Ack序號，佔32位，只有ACK標誌位爲1時，確認序號字段纔有效，Ack=Seq+1。

  • （3）標誌位：共6個，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具體含義以下：

  • （A）URG：緊急指針（urgent pointer）有效。

  • （B）ACK：確認序號有效。

  • （C）PSH：接收方應該儘快將這個報文交給應用層。

  • （D）RST：重置鏈接。

  • （E）SYN：發起一個新鏈接。

  • （F）FIN：釋放一個鏈接。

• 須要注意的是：

  • （A）不要將確認序號Ack與標誌位中的ACK搞混了。

  • （B）確認方Ack=發起方Req+1，兩端配對。

2、三次握手

• TCP(Transmission Control Protocol)　傳輸控制協議
• TCP是主機對主機層的傳輸控制協議，提供可靠的鏈接服務，採用三次握手確認創建一個鏈接
• 位碼即tcp標誌位,有6種標示:

SYN(synchronous創建聯機)

ACK(acknowledgement 確認)

PSH(push傳送)

FIN(finish結束)

RST(reset重置)

URG(urgent緊急)

Sequence number(順序號碼)

Acknowledge number(確認號碼)

establish 創建，建立

• 所謂三次握手（Three-Way Handshake）即創建TCP鏈接，是指創建一個TCP鏈接時，須要客戶端和服務端總共發送3個包以確認鏈接的創建。在socket編程中，這一過程由客戶端執行connect來觸發，整個流程以下圖所示：

  • （1）第一次握手：Client將標誌位SYN置爲1，隨機產生一個值seq=J，並將該數據包發送給Server，Client進入SYN_SENT狀態，等待Server確認。
  • （2）第二次握手：Server收到數據包後由標誌位SYN=1知道Client請求創建鏈接，Server將標誌位SYN和ACK都置爲1，ack (number )=J+1，隨機產生一個值seq=K，並將該數據包發送給Client以確認鏈接請求，Server進入SYN_RCVD狀態。
  • （3）第三次握手：Client收到確認後，檢查ack是否爲J+1，ACK是否爲1，若是正確則將標誌位ACK置爲1，ack=K+1，並將該數據包發送給Server，Server檢查ack是否爲K+1，ACK是否爲1，若是正確則鏈接創建成功，Client和Server進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手，隨後Client與Server之間能夠開始傳輸數據了。

SYN攻擊

• 在三次握手過程當中，Server發送SYN-ACK以後，收到Client的ACK以前的TCP鏈接稱爲半鏈接（half-open connect），此時Server處於SYN_RCVD狀態，當收到ACK後，Server轉入ESTABLISHED狀態。SYN攻擊就是Client在短期內僞造大量不存在的IP地址，並向Server不斷地發送SYN包，Server回覆確認包，並等待Client的確認，因爲源地址是不存在的，所以，Server須要不斷重發直至超時，這些僞造的SYN包將長時間佔用未鏈接隊列，致使正常的SYN請求由於隊列滿而被丟棄，從而引發網絡堵塞甚至系統癱瘓。SYN攻擊時一種典型的DDOS攻擊，檢測SYN攻擊的方式很是簡單，即當Server上有大量半鏈接狀態且源IP地址是隨機的，則能夠判定遭到SYN攻擊了，使用以下命令可讓之現行：

  #netstat -nap | grep SYN_RECV

3、四次揮手

• 三次握手耳熟能詳，四次揮手估計就..所謂四次揮手（Four-Way Wavehand）即終止TCP鏈接，就是指斷開一個TCP鏈接時，須要客戶端和服務端總共發送4個包以確認鏈接的斷開。在socket編程中，這一過程由客戶端或服務端任一方執行close來觸發，整個流程以下圖所示：

• 因爲TCP鏈接時全雙工的，所以，每一個方向都必需要單獨進行關閉，這一原則是當一方完成數據發送任務後，發送一個FIN來終止這一方向的鏈接，收到一個FIN只是意味着這一方向上沒有數據流動了，即不會再收到數據了，可是在這個TCP鏈接上仍然可以發送數據，直到這一方向也發送了FIN。首先進行關閉的一方將執行主動關閉，而另外一方則執行被動關閉，上圖描述的便是如此。
  • （1）第一次揮手：Client發送一個FIN，用來關閉Client到Server的數據傳送，Client進入FIN_WAIT_1狀態。
  • （2）第二次揮手：Server收到FIN後，發送一個ACK給Client，確認序號爲收到序號+1（與SYN相同，一個FIN佔用一個序號），Server進入CLOSE_WAIT狀態。
  • （3）第三次揮手：Server發送一個FIN，用來關閉Server到Client的數據傳送，Server進入LAST_ACK狀態。
  • （4）第四次揮手：Client收到FIN後，Client進入TIME_WAIT狀態，接着發送一個ACK給Server，確認序號爲收到序號+1，Server進入CLOSED狀態，完成四次揮手。

• 上面是一方主動關閉，另外一方被動關閉的狀況，實際中還會出現同時發起主動關閉的狀況，具體流程以下圖：

• 流程和狀態在上圖中已經很明瞭了，在此再也不贅述，能夠參考前面的四次揮手解析步驟。

4、附註

• 關於三次握手與四次揮手一般都會有典型的面試題，在此提出供有需求的XDJM們參考：

  • （1）三次握手是什麼或者流程？四次握手呢？答案前面分析就是。
  • （2）爲何創建鏈接是三次握手，而關閉鏈接倒是四次揮手呢？

• 答：這是由於服務端在LISTEN狀態下，收到創建鏈接請求的SYN報文後，把ACK和SYN放在一個報文裏發送給客戶端。而關閉鏈接時，當收到對方的FIN報文時，僅僅表示對方再也不發送數據了可是還能接收數據，己方也未必所有數據都發送給對方了，因此己方能夠當即close，也能夠發送一些數據給對方後，再發送FIN報文給對方來表示贊成如今關閉鏈接，所以，己方ACK和FIN通常都會分開發送。