TCP连接建立与终止

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TCP

TCP连接建立--------三次握手

TCP连接终止--------四次挥手

TCP的状态变迁图

• TCP

        TCP是一个全双工的、面向连接的、可靠地传输协议，所以无论哪一方向另一方发送数据之前，都需要先在两者之间建立一个连接；基于全双工通讯所以存在TCP的半关闭状态，也就是说断开连接必须是双方都关闭，否则就说这种状态为半关闭状态（比如说客户端请求关闭连接之后仍然可以接收服务器发来的数据）。

• TCP连接建立--------三次握手

1. TCP首部中部分标志字符（控制位）：

    2.连接建立过程：

 （1）请求端发送一个报文段1：SYN指明客户打算连接的服务器窗口，以及初始化序列号ISN；

 （2）服务器发回包含服务器的初始化序列号的SYN报文段2作为应答，同时将确认序号设置为服务器的ISN加1，以对客户端的SYN报文段进行确认，一个SYN占用一个序号。

 （3）客户端将确认序列号设置为服务器的ISN加1亿对服务器的SYN报文段加以确认（报文段3）。

    3.详细描述：

     刚开始客户端处于 closed 的状态，服务端处于 listen 状态。接下来

    （1）第一次握手：客户端给服务端发一个 SYN 报文，并指明客户端的初始化序列号ISN(c)。此时客户端处于 SYN_Send 状态。

    （2）第二次握手：服务器收到客户端的 SYN 报文之后，会以自己的 SYN 报文作为应答，并且也是指定了自己的初始化序列号 ISN(s)，同时会把客户端的 ISN + 1 作为 ACK 的值，表示自己已经收到了客户端的 SYN，此时服务器处于 SYN_REVD 的状态。

   （3）第三次握手：客户端收到 SYN 报文之后，会发送一个 ACK 报文，当然，也是一样把服务器的 ISN + 1 作为 ACK 的值，表示已经收到了服务端的 SYN 报文，此时客户端处于 establised 状态。

  （4）服务器收到 ACK 报文之后，也处于 establised 状态，此时，双方以建立起了链接。

    4.三次握手的作用：

  （1）确认双方的接受能力、发送能力是否正常。

  （2）指定自己的初始化序列号，为后面的可靠传送做准备。

  （3）如果是 https 协议的话，三次握手这个过程，还会进行数字证书的验证以及加密密钥的生成到。

    5.  ISN

  （1）三次握手的一个重要步骤是客户端和服务端交换ISN, 以便让对方知道接下来接收数据的时候如何按序列号组装数据。如果ISN是固定的，攻击者很容易猜出后续的确认号，因此 ISN 是动态生成的。

     6.半、全连接队列

   （1）服务器第一次收到客户端的 SYN 之后，就会处于 SYN_RCVD 状态，此时双方还没有完全建立起连接，服务器会把此种状态下请求连接放在一个队列里，我们把这种队列称之为半连接队列。当然还有一个全连接队列，就是已经完成三次握手，建立起连接的就会放在全连接队列中。如果队列满了就有可能会出现丢包现象。

     7.SYN-ACK 重传次数问题

  （1）服务器发送完SYN－ACK包，如果未收到客户确认包，服务器进行首次重传，等待一段时间仍未收到客户确认包，进行第二次重传，如果重传次数超 过系统规定的最大重传次数，系统将该连接信息从半连接队列中删除。注意，每次重传等待的时间不一定相同，一般会是指数增长，例如间隔时间为 1s, 2s, 4s, 8s, ….

     8.三次握手过程中是否可以携带数据

  （1）可以

  （2）第一次、第二次握手不可以携带数据，而第三次握手是可以携带数据的。

  （3）第一、二次不可以：如果有人要恶意攻击服务器，那他每次都在第一次握手中的 SYN 报文中放入大量的数据，因为攻击者根本就不理服务器的接收、发送能力是否正常，然后疯狂着重复发 SYN 报文的话，这会让服务器花费很多时间、内存空间来接收这些报文。---------------服务器容易受到攻击

  （4）第三次可以：此时客户端已经处于 established 状态，也就是说，对于客户端来说，他已经建立起连接了，并且也已经知道服务器的接收、发送能力是正常的了，所以能携带数据页

• TCP连接终止--------四次挥手

1. 终止连接需要四次挥手，这是由TCP的半关闭造成的。收到一个FIN只意味着（即发送第一个FIN的）将执行主动关闭，而另一方（收到FIN的）执行被动关闭。
2. 关闭过程：

    （1）应用程序完成数据传输请求断开连接向服务器发送一个FIN（报文段4）；

    （2）服务器收到FIN，发挥一个ACK（标志位唯一表示确认应答字段有效），确认序号为收到的序号加1（报文段5），和SYN一样FIN将占用一个序号。同时TCP服务器还会向应用程序传送一个文件结束符，接着服务器程序就关闭连接。

    （3）服务器端向客户端发送一个FIN进一步确认断开连接（报文段6）。

    （4）客户端发回一个确认FIN，也会发回一个TCP软件产生的ACK,将确认序号设置为收到序号加1（报文段7）。

      3.详细描述

      刚开始双方都处于 establised 状态，假如是客户端先发起关闭请求：

   （1）第一次挥手：客户端发送一个 FIN 报文，报文中会指定一个序列号。此时客户端处于CLOSED_WAIT1状态。

   （2）第二次挥手：服务端收到 FIN 之后，会发送 ACK 报文，且把客户端的序列号值 + 1 作为 ACK 报文的序列号值，表明已经收到客户端的报文了，此时服务端处于CLOSE_WAIT2状态。

   （3）第三次挥手：如果服务端也想断开连接了，和客户端的第一次挥手一样，发给 FIN 报文，且指定一个序列号。此时服务端处于 LAST_ACK 的状态。

   （4）第四次挥手：客户端收到 FIN 之后，一样发送一个 ACK 报文作为应答，且把服务端的序列号值 + 1 作为自己 ACK 报文的序列号值，此时客户端处于 TIME_WAIT 状态。需要过一阵子以确保服务端收到自己的 ACK 报文之后才会进入 CLOSED 状态

   （5）服务端收到 ACK 报文之后，就处于关闭连接了，处于 CLOSED 状态。

       4.TIME_WAIT状态-----------2MSL等待状态

    （1）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；

    （2）保证TCP最后发送的ACK丢失

• TCP的状态变迁图

    该图精简一下也就更直观一些了：七个报文段包含了三次握手、四次挥手的全过程以及客户端和服务器的状态变迁

 （1）两处ESTABLI_SHED状态：两个导致进入ESTABLI_SHED状态的变迁对应打开一个连接，而两个导致从ESTABLI_SHED状态离开的变迁对应关闭一个连接。ESTABLI_SHED状态是连接双方能够进行双向数据传递的状态。

 （2）TIME_WAIT状态：也成2MSL等待状态。每个具体的TCP实现必须选择一个报文段最大生存时间MSL。它是任何报文段被丢弃前在网络内的最长时间。RFC规定MSL为2分钟，实际上只有三十秒、一分钟或者2分钟。为了不让TCP最后发送的ACK丢失，将TIME_WAIT状态停留时间设为2MSL