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标题: 【网络基础知识】TCP/IP的连接和关闭 [打印本页]

作者: yzz163 时间: 2016-9-8 10:26
标题: 【网络基础知识】TCP/IP的连接和关闭

【网络基础知识】TCP/IP的连接和关闭

（根据网上资料整理）

　　TCP/IP协议是当今网络的基础，有了它才使得万维网发展成为人们生活的一部分。作为网络爱好者和网络管理员来说，了解TCP/IP的工作过程就成了认识网络的基础知识。下面简单介绍下TCP/IP网络是如何建立连接、如何断开连接的。
　　在介绍TCP/IP前，先介绍下报文（你可以理解类似电报），也有的文章用数据包表述，其实就是TCP/IP工作的规则或标准：电报的格式、内容、含义做一个约定，这样双方才能理解这个数据包的内容。

　　一、TCP报文格式

　　TCP/IP协议的详细信息参看《TCP/IP协议详解》三卷本。下面是TCP报文格式图：

图一 TCP报文格式

　　上图中有几个字段需要重点介绍下：
　　（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。

　　二、TCP/IP的连接（三次握手）

　　TCP/IP的连接需要发送3个TCP报文来建立，就是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立，即所谓的三次握手（Three-Way Handshake）。在socket编程中，这一过程由客户端执行connect来触发，整个流程如下图所示：

图二 TCP的连接建立

　　（1）第一次握手：Client将标志位SYN置为1，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攻击原理：
　　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
　　windows机器上用 <netstat -nap | find "SYN_RECV" 命令，如图：

查找过多的SYN_RECV异常连接

　　三、TCP/IP的断开（四次挥手）

　　大家对三次握手耳熟能详，四次挥手估计就不太了解了，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：

图三 TCP断开过程

　　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。
　　上面是一方主动关闭，另一方被动关闭的情况，实际中还会出现同时发起主动关闭的情况，具体流程如下图：

图四 TCP主动断开

　　流程和状态在上图中已经很明了了，在此不再赘述，可以参考前面的四次挥手解析步骤。
四、附注
　　关于三次握手与四次挥手通常都会有典型的面试题，在此提出供有需求的XDJM们参考：
　　（1）三次握手是什么或者流程？四次握手呢？答案前面分析就是。
　　（2）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，己方也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即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，己方ACK和FIN一般都会分开发送。

　　对于网络爱好者和网络管里员而言，搞清楚你的网线/网络里流淌着的比特流，搞懂每个比特的含义控制它们的流动是我们不断追求的极致目标。如果你是网络爱好者，欢迎一起来迅维网--网络版块讨论吧。

作者: huangyong 时间: 2016-9-8 10:37
这东西真抽象。学习学习

作者: 万里冰 时间: 2016-9-8 13:00
好东西值得分享

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