TCP协议的十一种状态集，及子网划分

Posted 2020-10-21

第1章 tcp协议的十一种状态集转换

1.1 tcp三次握手状态集的转换 （5种状态集）

服务端和客户端初始状态：closed状态

1. 服务端：开启服务程序，其实创建socket（5元组概念），由closed状态--listen监听状态

服务端从closed状态转换为listen状态（在服务端开启相应服务），只有在listen状态才可以接收客户端建立连接请求

closed--listen状态，实际上就是创建了一个socket条目信息

socket条目包含五元组概念: 连接协议信息（tcp/udp）、目标IP地址信息、目标端口信息、源IP地址信息、源端口信息

 netstat -an|grep -i es  --- 可以看到socket条目信息

[[email protected] ~]# netstat -an|grep -i es Active Internet connections (servers and established) Proto Recv-Q Send-Q Local Address               Foreign Address             State       tcp        0     64 10.0.0.201:22               10.0.0.1:53793              ESTABLISHED  Active UNIX domain sockets (servers and established)

2. 客户端：发送syn控制字段，由closed状态---syn_send

客户端发送syn信息给服务端，然后客户端从closed状态变为syn_send状态（三次握手的第一次握手）

3. 服务端：接收syn控制字段，回复syn和ack字段，有listen状态---syn_rcvd

服务端在listen状态接收到客户端发送的syn请求，会响应syn和ack信息，并且从listen状态变为syn_rcvd状态（三次握手的第二次握手）

4. 客户端：接收syn和ack字段，回复ack字段，由syn_send---established连接建立状态

客户端在syn_send状态接收到syn和ack字段信息，然后回复ack确认信息（三次握手的第三次握手） syn_send状态变为最终建立连接的状态（established）

5. 服务端：接收ack字段，由syn_rcvd状态---established连接建立状态

服务端在syn_rcvd状态接收到了ack字段信息，从syn_rcvd状态变为established

 

1.2 tcp四次挥手状态集的转换（6种状态集）

服务端和客户端挥手前的状态：established状态

6. 客户端：发送fin字段，established状态变为fin_wait1状态（等待服务端发送ack确认）

客户端在established状态发送fin字段信息给服务端（四次挥手过程第一次挥手）

然后客户端状态转变为fin_wait1(第一次等待：服务端的确认ack信息)

7. 服务端：接收fin字段，established状态变为close_wait状态，会发送ack确认字段

服务端在established状态接收到客户端发送的fin字段信息，从established状态变为close_wait

服务端在close_wait发送ack确认字段（四次挥手的第二挥手）

8. 客户端：接收ack字段，由fin_wait1状态---fin_wait2（等待服务端发送fin字段）状态

客户端在fin_wait1状态接收服务端的ack信息，进入到fin_wait2（第二次等待：）          

没有等来ack字段，fin_wait1状态等来了fin字段，由fin_wait1变为closing状态

9. 服务端：再次发送fin字段，由close_wait状态---last_ack状态

服务端在close_wait发送fin断开连接字段给客户端（四次挥手的第三次挥手）

服务端从close_wait变为last_ack状态

10. 客户端：接收服务端fin字段，发送最后的ack确认字段，由fin_wait2状态---time_wait状态

客户端在fin_wait2状态接收服务端的fin信息，然后响应ack信息，并将自己的状态转变为time_wait状态（四次挥手的第四次挥手）

11. 服务端：接收客户端ack字段，由last_ack状态---closed状态

服务端在last_ack状态接收到客户端发送的ack字段信息之后，就会最终变为closed状态

客户端：等一定时间（2分钟），时间等待完成之后。才会由time_wait---closed状态

 

 注意：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

[[email protected] ~]# netstat -nap | grep SYN_RECV

1.3 问题

1.3.1  为什么四次挥手过程，ack和fin字段要分开发送

 

连接时：

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。

关闭连接时：

当收到客户端的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，服务端会向上层（应用层）汇报是否还有数据发送，并回应ACK给客户端，然后会等数据传输完毕后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，服务端ACK和FIN一般都会分开发送。

1.3.2 客户端为什么要有time_wait

为了确保服务端能收到ack，客户端会在time_wait不断给服务端发送ack。

1.3.3 closing状态的由来

在第二次挥手的时候，客户端没收到服务端发送的ack，但收到了fin字段信息，理论上收到fin后应该转换为time_wait，所以加了colsing起一个缓存时间（过程很快）

第2章 IP地址及子网划分

2.1 什么是IP地址

1. IPv4：由32位二进制（32bit）组成，一般用点分十进制来表示，将其分为4段，每段8位二进制

2. IPv6：由128位二进制组成

2.2 IP地址的分类

 

2.2.1 按IP的数值范围划分：A B C D E 五类地址

   IP地址的网络部分由IANA（Internet地址分配机构）统一分配，以保证IP地址的唯一性

   常用地址为ABC三类地址：

 

  A类地址（1-126）：网络部分+主机部分+主机部分+主机部分

  B类地址（128-191）：网络部分+网络部分+主机部分+主机部分

  C类地址（192-223）：网络部分+网络部分+网络部分+主机部分

  D类地址为组播地址：每一个地址都作为一个网段

  E类地址为科学研究使用

2.2.2 按IP地址的用途分类：公网地址，私网地址

 公网地址：是互联网上可以识别的地址信息，并且公网IP地址全球唯一

 私网地址：是局域网内可以识别的地址信息，并且私网IP地址局域网内唯一，跨越不同的局域网可以

           重复使用，因此私网地址有效的缓解了地址枯竭问题

 私有地址包括：

  A类： 10.0.0.0/8   ------->  10.0.0.0-10.255.255.255

  B类：172.16.0.0/16  ------->  172.16.0.0-172.31.255.255

  C类：192.168.0.0/24  ------->  192.168.0.0-192.168.255.255

  169.254.0.1——169.254.255.254，子网掩码为255.255.0.0  微软内部保留地址

2.2.3 特殊地址

127.0.0.1

又称为本机回环地址，通常利用在本机上ping此地址来检查TCP/IP协议安装是否正确

0.0.0.0

主机位全为0的称为是网络地址

255.255.255.255

主机位全位1的称为是广播地址，即向所有人发出信息

2.3 ABC三类地址可用主机数计算

主机部分为全0表示的是网络地址，即网段

主机部分为全1表示的是广播地址

因此0和255作为主机的地址，是不能进行分配使用的，只有1-254之间的地址可以进行分配为主机地址使用（即主机部分不为全0，不为全1的是可用IP）

可以分配的主机地址个数=2的N次方-2 

注：N为主机位的个数

-2就表示减去网络地址和广播地址，剩余的就是可分配的主机地址

2.4 子网掩码

2.4.1 作用：用来确定IP的网络地址

掩码作用

1.  利用掩码快速得知是A类地址 还是B类 或是C类   

       2.  利用掩码定位网络位信息

掩码表现形式

用十进制表示 分为四组 也是32位的二进制数，分为四组，对应IP地址的网络部分用1表示

，对应IP地址的主机部分用0表示 

2.4.2 A、B、C三类地址的默认子网掩码

A类：255.0.0.0或/8

B类：255.255.0.0或/16

C类：255.255.255.0或/24

2.5 子网划分

2.5.1 划分子网原因

1. 会出现大量的局域网地址，同时向一个网关发送请求，引起网关设备的负载过高

2. 会引起局域网内的大量广播数据传送，形成广播风暴

3. 而且会非常的浪费地址空间，有可能只有两台主机或者一台，就分配一个B类地址

2.5.2 优点

1. 将一个大的广播域划分成几个小的广播域环境

2. 减少网关设备所承载的负载量

3. 有效的避免ip地址的浪费，使一个大的地址空间更加弹性和更加灵活的进行分配

                                    子网掩码及相关参数对应表（C类）

子网掩码	子　网　数	主　机　数	可用主机数
/25	2	128	126
/26	4	64	62
/27	8	32	30
/28	16	16	14
/29	32	8	6
/30	64	4	2

2.5.3 实例