tcp为什么要三次握手，tcp为什么可靠

Posted 2021-08-28 MaxBruce

转自 ： https://www.cnblogs.com/LUO77/p/5771237.html
大体看过，没有深入研究，有需要时继续看。

为什么不能两次握手：（防止已失效的连接请求又传送到服务器端，因而产生错误）

假设改为两次握手，client端发送的一个连接请求在服务器滞留了，这个连接请求是无效的，client已经是closed的状态了，而服务器认为client想要建立

一个新的连接，于是向client发送确认报文段，而client端是closed状态，无论收到什么报文都会丢弃。而如果是两次握手的话，此时就已经建立连接了。

服务器此时会一直等到client端发来数据，这样就浪费掉很多server端的资源。

（校注：此时因为client没有发起建立连接请求，所以client处于CLOSED状态，接受到任何包都会丢弃，谢希仁举的例子就是这种场景。但是如果服务器发送对这个延误的旧连接报文的确认的同时，客户端调用connect函数发起了连接，就会使客户端进入SYN_SEND状态，当服务器那个对延误旧连接报文的确认传到客户端时，因为客户端已经处于SYN_SEND状态，所以就会使客户端进入ESTABLISHED状态，此时服务器端反而丢弃了这个重复的通过connect函数发送的SYN包，见第三个图。而连接建立之后，发送包由于SEQ是以被丢弃的SYN包的序号为准，而服务器接收序号是以那个延误旧连接SYN报文序号为准，导致服务器丢弃后续发送的数据包）
三次握手的最主要目的是保证连接是双工的，可靠更多的是通过重传机制来保证的。

TCP可靠传输的实现：

TCP 连接的每一端都必须设有两个窗口——一个发送窗口和一个接收窗口。TCP 的可靠传输机制用字节的序号进行控制。TCP 所有的确认都是基于序号而不是基于报文段。
发送过的数据未收到确认之前必须保留，以便超时重传时使用。发送窗口没收到确认不动，和收到新的确认后前移。

发送缓存用来暂时存放： 发送应用程序传送给发送方 TCP 准备发送的数据；TCP 已发送出但尚未收到确认的数据。

接收缓存用来暂时存放：按序到达的、但尚未被接收应用程序读取的数据； 不按序到达的数据。

必须强调三点：
    1>   A 的发送窗口并不总是和 B 的接收窗口一样大（因为有一定的时间滞后）。
    2>   TCP 标准没有规定对不按序到达的数据应如何处理。通常是先临时存放在接收窗口中，等到字节流中所缺少的字节收到后，再按序交付上层的应用进程。
    3>   TCP 要求接收方必须有累积确认的功能，这样可以减小传输开销（累积确认：一般地讲，如果发送方发了包1，包2，包3，包4；接受方成功收到包1，包2，包3。

• 1
• 2
• 3
• 4

那么接受方可以发回一个确认包，序号为4(4表示期望下一个收到的包的序号；当然你约定好用3表示也可以)，那么发送方就知道包1到包3都发送接收成功，必要时重发包4。一个确认包确认了累积到某一序号的所有包。而不是对没个序号都发确认包。）
TCP报文格式

 （1）序号：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。
  （2）确认序号：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。
  （3）标志位：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具体含义如下：
  　　（A）URG：紧急指针（urgent pointer）有效。
  　　（B）ACK：确认序号有效。
  　　（C）PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
  　　（D）RST：重置连接。
  　　（E）SYN：发起一个新连接。
  　　（F）FIN：释放一个连接。

 需要注意的是：
  （A）不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。
  （B）确认方Ack=发起方Req+1，两端配对。

 

三次握手
TCP三次即建立TCP连接，指建立一个TCP连接时，需要客户端服务端总共发送3 个包以确认连接的建立。在socket编程中，这一过程中由客户端执行connect来触发，流程如下：

（1）第一次握手：Client将标志位SYN置为1（表示要发起一个连接），随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。
（2）第二次握手：Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。
（3）第三次握手：Client收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。



SYN攻击：
  在三次握手过程中，Server发送SYN-ACK之后，收到Client的ACK之前的TCP连接称为半连接（half-open connect），此时Server处于SYN_RCVD状态，当收到ACK后，Server转入ESTABLISHED状态。SYN攻击就是Client在短时间内伪造大量不存在的IP地址，并向Server不断地发送SYN包，Server回复确认包，并等待Client的确认，由于源地址是不存在的，因此，Server需要不断重发直至超时，这些伪造的SYN包将产时间占用未连接队列，导致正常的SYN请求因为队列满而被丢弃，从而引起网络堵塞甚至系统瘫痪。SYN攻击时一种典型的DDOS攻击，检测SYN攻击的方式非常简单，即当Server上有大量半连接状态且源IP地址是随机的，则可以断定遭到SYN攻击了，使用如下命令可以让之现行：
  #netstat -nap | grep SYN_RECV

ddos攻击：
分布式拒绝服务(DDoS:Distributed Denial of Service)攻击指借助于客户/服务器技术，将多个计算机联合起来作为攻击平台，对一个或多个目标发动DDoS攻击，从而成倍地提高拒绝服务攻击的威力。通常，攻击者使用一个偷窃帐号将DDoS主控程序安装在一个计算机上，在一个设定的时间主控程序将与大量代理程序通讯，代理程序已经被安装在网络上的许多计算机上。代理程序收到指令时就发动攻击。利用客户/服务器技术，主控程序能在几秒钟内激活成百上千次代理程序的运行。

 

四次挥手
所谓四次挥手（Four-Way Wavehand）即终止TCP连接，就是指断开一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。在socket编程中，这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发，整个流程如下图所示：

由于TCP连接时全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭，上图描述的即是如此。

 （1）第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。
 （2）第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态。
 （3）第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。
 （4）第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。

 

为什么需要TIME_WAIT

TIMEWAIT状态也称为2MSL等待状态。

1）为实现TCP这种全双工（full-duplex）连接的可靠释放

这样可让TCP再次发送最后的ACK以防这个ACK丢失(另一端超时并重发最后的FIN)。这种2MSL等待的另一个结果是这个TCP连接在2MSL等待期间，定义这个连接的插口(客户的IP地址和端口号，服务器的IP地址和端口号)不能再被使用。这个连接只能在2MSL结束后才能再被使用。

2）为使旧的数据包在网络因过期而消失

每个具体TCP实现必须选择一个报文段最大生存时间MSL(Maximum Segment Lifetime)。它是任何报文段被丢弃前在网络内的最长时间。

为什么建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？

这是因为服务端在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时，当收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，我们也未必全部数据都发送给对方了，所以我们不可以立即close，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，我们的ACK和FIN一般都会分开发送。