Linux TCP/IP协议之三次握手

Posted 2020-11-13 Louis Koo

TCP/IP协议是整个网络通信中最重要的协议，它提供可靠安全的通信服务，这里只讲数据传输层的TCP协议的三次握手及相关内容。

一，TCP报文头部报文数据结构

             

 

 

       

          

 

 

 

1，字段详细说明：
源端口和目的端口：各占2个字节，分别写入源端口号和目的端口号。
序号（seq）：占4个字节。序号使用mod运算。TCP是面向字节流的，在一个TCP连接中传送的字节流中的每一个字节都按顺序编号。
确认序号（用小写的ack表示）：占4个字节，是期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。若确认序号=N,则表明：到序号N-1为止的所有数据都已正确收到。
数据偏移：占4位，表示TCP报文段的首部长度。注意，“数据偏移”的单位是32位字（即以4字节长的字为计算单位）。
保留：占6位，保留为今后使用，目前置为0。
6位标志位：URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN：

URG: 标识紧急指针是否有效 ；
ACK: 标识确认序号是否有效：1表示有效，0表示无效；
PSH: 用来提示接收端应用程序立刻将数据从tcp缓冲区读走 ；
RST: 要求重新建立连接. 我们把含有RST标识的报文称为复位报文段 ；
SYN: 请求建立连接. 我们把含有SYN标识的报文称为同步报文段 ；
FIN: 通知对端, 本端即将关闭. 我们把含有FIN标识的报文称为结束报文段；

窗口：占2个字节。窗口值作为接收方让发送方设置其发送窗口的依据。
检验和：占2字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分。和UDP数据报一样，在计算检验和时，也要在TCP报文段的前面加上12字节的伪首部。伪首部的格式与UDP用户数据报的伪首部一样，但要将伪首部第四个字段中的17 改为6（协议号），把第5字段中的UDP长度改为TCP长度。
紧急指针：占2字节。紧急指针仅在URG=1时才有意义，它指出本报文段中的紧急数据的字节数。

 

二，三次握手过程

       

 

 

1，过程文字说明：

第一次握手：起初两端都处于CLOSED关闭状态，Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=x，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN-SENT状态，等待Server确认；
第二次握手：Server收到数据包后由标志位SYN=1得知Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=x+1，随机产生一个值seq=y，并将该数据包发送给Client以确 认连接请求，Server进入SYN-RCVD状态，此时操作系统为该TCP连接分配TCP缓存和变量；
第三次握手：Client收到确认后，检查ack是否为x+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=y+1，并且此时操作系统为该TCP连接分配TCP缓存和变量，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为y+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，至此双方完成三次握手，随后Client和Server就可以开始传输数据。

2，状态说明：

2.1， 三次握手的状态：
LISTEN：侦听来自远方的TCP端口的连接请求；
SYN-SENT：再发送连接请求后等待匹配的连接请求（如果有大量这样的状态包，检查是否中招了）；
SYN-RECEIVED：再收到和发送一个连接请求后等待对方对连接请求的确认（如有大量此状态，估计被flood攻击了）；
ESTABLISHED：代表一个打开的连接；

2.2， 四次挥手的状态（顺道提一下，为TCP断开时的状态）
FIN-WAIT-1：等待远程TCP连接中断请求，或先前的连接中断请求的确认；
FIN-WAIT-2：从远程TCP等待连接中断请求；
CLOSE-WAIT：等待从本地用户发来的连接中断请求；
LAST-ACK：等待原来的发向远程TCP的连接中断请求的确认（不是什么好东西，此项出现，检查是否被攻击）；
TIME-WAIT：等待足够的时间以确保远程TCP接收到连接中断请求的确认；
CLOSED：没有任何连接状态。

三，SYN攻击
在三次握手过程中，服务器发送SYN-ACK之后，收到客户端的ACK之前的TCP连接称为半连接(half-open connect)，此时服务器处于Syn_RECV状态，当收到ACK后，服务器转入ESTABLISHED状态。
Syn攻击就是 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，目标系统运行缓慢，严重者引起网络堵塞甚至系统瘫痪。
Syn攻击是一个典型的DDOS攻击，DDOS攻击就是在多台客户端发起的分布式DOS攻击。当你在服务器上看到大量的半连接状态时，特别是源IP地址是随机的，基本上可以断定这是一次SYN攻击。

在Linux下可以如下命令检测是否被Syn攻击：

命令1：
   netstat -n | awk \'/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}\'
命令2：
   netstat -n|grep ^tcp|awk \'{print $NF}\'|sort -nr|uniq -c
命令3：
   netstat -n | awk \'/^tcp/ {++state[$NF]} END {for(key in state) print key,"t",state[key]}\'
返回结果一般如下：
   LAST_ACK 5 （正在等待处理的请求数）
   SYN_RECV 30
   ESTABLISHED 1597 （正常数据传输状态）
   FIN_WAIT1 51
   FIN_WAIT2 504
   TIME_WAIT 1057 （处理完毕，等待超时结束的请求数）

四，TCP三次握手包的抓取
linux提供了非常强大的tcpdump命令用于抓取：
4.1，tcpdump参数：
-A 以ASCII格式打印出所有分组，并将链路层的头最小化。
-c 在收到指定的数量的分组后，tcpdump就会停止。
-C 在将一个原始分组写入文件之前，检查文件当前的大小是否超过了参数file_size 中指定的大小。如果超过了指定大小，则关闭当前文件，然后在打开一个新的文件。参数 file_size 的单位是兆字节（是1,000,000字节，而不是1,048,576字节）。
-d 将匹配信息包的代码以人们能够理解的汇编格式给出。
-dd 将匹配信息包的代码以C语言程序段的格式给出。
-ddd 将匹配信息包的代码以十进制的形式给出。
-D 打印出系统中所有可以用tcpdump截包的网络接口。
-e 在输出行打印出数据链路层的头部信息。
-E 用spi@ipaddr algo:secret解密那些以addr作为地址，并且包含了安全参数索引值spi的IPsec ESP分组。
-f 将外部的Internet地址以数字的形式打印出来。
-F 从指定的文件中读取表达式，忽略命令行中给出的表达式。
-i 指定监听的网络接口。
-l 使标准输出变为缓冲行形式，可以把数据导出到文件。
-L 列出网络接口的已知数据链路。
-m 从文件module中导入SMI MIB模块定义。该参数可以被使用多次，以导入多个MIB模块。
-M 如果tcp报文中存在TCP-MD5选项，则需要用secret作为共享的验证码用于验证TCP-MD5选选项摘要（详情可参考RFC 2385）。
-b 在数据-链路层上选择协议，包括ip、arp、rarp、ipx都是这一层的。
-n 不把网络地址转换成名字。
-nn 不进行端口名称的转换。
-N 不输出主机名中的域名部分。
-t 在输出的每一行不打印时间戳。
-O 不运行分组分组匹配（packet-matching）代码优化程序。
-P 不将网络接口设置成混杂模式。
-q 快速输出。只输出较少的协议信息。
-r 从指定的文件中读取包(这些包一般通过-w选项产生)。
-S 将tcp的序列号以绝对值形式输出，而不是相对值。
-s 从每个分组中读取最开始的snaplen个字节，而不是默认的68个字节。
-T 将监听到的包直接解释为指定的类型的报文，常见的类型有rpc远程过程调用）和snmp（简单网络管理协议；）。
-t 不在每一行中输出时间戳。
-tt 在每一行中输出非格式化的时间戳。
-ttt 输出本行和前面一行之间的时间差。
-tttt 在每一行中输出由date处理的默认格式的时间戳。
-u 输出未解码的NFS句柄。
-v 输出一个稍微详细的信息，例如在ip包中可以包括ttl和服务类型的信息。
-vv 输出详细的报文信息。
-w 直接将分组写入文件中，而不是不分析并打印出来。
4.2，示例：
tcpdump -i eth1 tcp and host 147.34.34.35 and port 22 -c 20000 -s 0 -nn
tcpdump具体使用规则可百度。

 

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