TCP三次握手建立连接和四次挥手释放连接

Posted 2022-09-22 左直拳

TCP把连接作为最基本的对象，每一条TCP连接都有两个端点，这种端点叫作套接字（socket），由IP地址 + 端口号组成。例如，若IP地址为192.3.4.16 而端口号为80，那么得到的套接字为192.3.4.16:80。

一、三次握手建立连接

1、什么是三次握手？
三次握手，就是客户端与服务器建立连接之前，先进行三次简单的通信，成功之后才正式建立连接。其目的是为了确认信道是否安全，双方是否具有收发消息的能力。

客户端：老铁，能听到我说话吗？

服务器：能听到。你能听到我说话吗？

客户端：也能听到。好了，那我开始说正事了。

如图所示

2、铺垫知识

序号(sequence number)：seq序号，占32位，用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记。

确认号（acknowledgement number）：ack序号，占32位，只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，ack=seq+1。

标志位（Flags）：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等。具体含义如下：

URG：紧急指针（urgent pointer）有效。
ACK：确认序号有效。（为了与确认号ack区分开，我们用大写表示）
PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
RST：重置连接。
SYN：发起一个新连接。
FIN：释放一个连接。

seq序号、ack序号：用于确认数据是否准确，是否正常通信；
标志位：用于确认/更改连接状态。

3、三次握手的详细过程

最开始的时候客户端和服务器都是处于CLOSED状态。主动打开连接的为客户端，被动打开连接的是服务器。

1）TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器进入LISTEN（监听）状态；

2）TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文。
报文首部中的同步位SYN=1，同时选择一个初始序列号 seq=x ；此时TCP客户端进程进入了 SYN-SENT（同步已发送状态）状态。TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。

3）TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。
确认报文中ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y；此时TCP服务器进程进入了SYN-RCVD（同步收到）状态。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。

4）TCP客户进程收到确认后，还要向服务器给出确认。
确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1；此时TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。

5）当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了。

SYN：用于建立连接。

ACK：用于确定收到了请求。

seq：发送自己的数据。

ack：发送接收到的对方的数据。

3、为什么是三次握手，而不是2次、4次？
确认对方具有收发能力需要一来（询问）、一回（应答），共2次通信；那么客户端和服务器各自向对方确认，应该是4次握手。但为了节省，服务器端将应答和询问合在一次通信中完成，所以变成了3次。

客户端：老铁，能听到我说话吗？（询问）

服务器：能听到。你能听到我说话吗？（应答、询问）

客户端：也能听到。好了，那我开始说正事了。（应答）

也有一些比较复杂的解释：

一句话，主要防止已经失效的连接请求报文突然又传送到了服务器，从而产生错误。

如果使用的是两次握手建立连接，假设有这样一种场景，客户端发送了第一个请求连接并且没有丢失，只是因为在网络结点中滞留的时间太长了，由于TCP的客户端迟迟没有收到确认报文，以为服务器没有收到，此时重新向服务器发送这条报文，此后客户端和服务器经过两次握手完成连接，传输数据，然后关闭连接。此时此前滞留的那一次请求连接，网络通畅了到达了服务器，这个报文本该是失效的，但是，两次握手的机制将会让客户端和服务器再次建立连接，这将导致不必要的错误和资源的浪费。

如果采用的是三次握手，就算是那一次失效的报文传送过来了，服务端接受到了那条失效报文并且回复了确认报文，但是客户端不会再次发出确认。由于服务器收不到确认，就知道客户端并没有请求连接。

4、三次握手过程中，如果丢包咋办？
不同步骤丢包，处理有些差别。基本都是丢包的话，会重传、重试，超过阈值后放弃。

因为有重试重传的机制，容易被别有用心地进行攻击。如SYN攻击：

攻击客户端在短时间内伪造大量不存在的IP地址，向服务器不断地发送SYN包，服务器回复确认包，并等待客户的确认。由于源地址是不存在的，服务器需要不断的重发直至超时，这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列，正常的SYN请求被丢弃，导致目标系统运行缓慢，严重者会引起网络堵塞甚至系统瘫痪。

SYN 攻击是一种典型的 DoS/DDoS 攻击。

三、四次挥手释放连接

1、详细过程

数据传输完毕后，双方都可释放连接。最开始的时候，客户端和服务器都是处于ESTABLISHED状态，然后客户端主动关闭，服务器被动关闭。

2、为什么建立连接是三次握手，关闭连接确是四次挥手呢？

建立连接的时候， 服务器在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里，合并发送给客户端。

而关闭连接时，服务器收到对方的FIN报文，仅仅表明对方不再发送数据了，但是还能接收数据；而自己也未必全部数据发送完毕，所以服务器可以立即关闭，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文表示同意现在关闭连接。因此，在关闭连接时，ACK和FIN一般都会分开发送，从而导致多了一次。

参考文章：
两张动图-彻底明白TCP的三次握手与四次挥手
TCP的三次握手各字段(ack,seq,ACK,SYN)是什么意思？