TCP协议的三向握手和四向波过程的详细说明
时间：2020-10-20
尽管TCP和UDP使用相同的网络层(IP)，但TCP提供的服务从UDP到应用层完全不同。TCP提供面向连接的可靠字节流服务。
面向连接意味着使用TCP的两个应用程序(通常是客户端和服务器)在相互交换数据之前必须建立一个TCP连接。这个过程非常类似于调用。先打电话，等对方拿起电话打招呼，然后解释是谁。
本文将解释在传统的TCP协议中建立连接(所谓的“三次握手”)和断开连接(所谓的“四次波”)的过程。
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让我们首先了解一下TCP消息格式
有关协议的详细信息，请参见协议详细说明中关于协议格式的章节(单击此处查看协议详细在线版)。
下面是传输控制协议消息格式图:
理论经典:对TCP协议的三向握手和四向波过程的详细解释
上图中有几个字段需要突出显示:
(1)序列号:Seq序列号，占用32位，用于标识从TCP源发送到目的地的字节流，在发起方发送数据时进行标记。
(2)确认序列号:确认序列号，占32位。确认序列号字段仅在确认标志位为1且确认=Seq+1时有效。
(3)总共有6个标志位，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等。具体含义如下:
紧急指针有效。
确认:确认序列号有效。
(三)PSH:接收方应尽快将此消息提交给应用层。
RST:重置连接。
同步:启动一个新的连接。
(六)FIN:释放连接。
应该指出的是:
(a)不要混淆标志位中的确认和确认。
(b)确认者的Ack=发起者的Req+1，两端成对。
三次握手过程的详细说明
所谓的三向三向握手()是指当建立一个TCP连接时，客户端和服务器总共需要发送三个数据包来确认连接的建立。在套接字编程中，这个过程是由执行连接的客户端触发的，整个过程如下图所示:
理论经典:详细解释了TCP协议的三向握手和四向波过程
(1)第一次握手:
客户端将标志位SYN设置为1，随机生成一个值seq=J，并将数据包发送到服务器，客户端进入SYN_SENT状态，等待服务器确认。
(2)第二次握手:
收到数据包后，服务器知道客户端请求通过标志位SYN=1建立连接。服务器将标志位SYN和ACK设置为1，ack=J+1，随机生成一个值seq=K，并将数据包发送给客户端以确认连接请求。服务器进入同步RCVD状态。
(3)第一次三方握手:
收到确认后，客户端检查确认是否为J+1，确认是否为1。如果正确，它将标志确认设置为1，确认=K+1，并将数据包发送到服务器，服务器检查确认是否为K+1，确认是否为1。如果正确，则连接成功建立，客户机和服务器进入建立状态并完成三次握手，然后客户机和服务器之间的数据传输可以开始。
同步攻击:
在三次握手的过程中，在服务器发送同步确认后，从客户端收到确认前的TCP连接称为半开连接。此时，服务器处于同步RCVD状态，收到确认后，服务器进入建立状态。同步攻击是指客户端在短时间内伪造大量不存在的IP地址，并不断向服务器发送同步数据包。服务器回复确认数据包，并等待客户端的确认。因为源地址不存在，服务器需要重新发送它，直到超时。这些伪造的SYN数据包将占用未连接的队列，导致正常的SYN请求被丢弃，因为队列已满，从而导致网络拥塞甚至系统瘫痪。同步攻击是一种典型的分布式拒绝服务攻击。检测同步攻击的方法非常简单，即当服务器上存在大量的半连通状态，并且源IP地址是随机的时，可以断定它受到了同步攻击。使用以下命令将其激活:
#netstat -nap | grep SYN_RECV
四波过程的详细解释
三次握手很常见，据估计，经过四次握手后，很少有人知道。所谓的四路波手是终止TCP连接，这意味着当TCP连接断开时，客户端和服务器需要发送总共四个数据包来确认断开。在套接字编程中，这个过程是由客户机或服务器执行close触发的，整个过程如下图所示:
理论经典:详细解释三向握手和四向波过程
因为TCP连接是全双工的，所以每个方向都必须独立关闭。其原理是当一方完成数据传输任务时，它发送一个FIN来终止这个方向的连接。接收FIN仅意味着在这个方向上没有数据流，也就是说，不会再接收到数据，但是数据仍然可以在这个TCP连接上发送，直到FIN在这个方向上发送。关闭的第一方将执行主动关闭，而另一方将执行被动关闭，如上图所述。
第一次挥手:
客户端发送一个FIN来关闭从客户端到服务器的数据传输，客户端进入FIN_WAIT_1状态。
第二次挥手:
在接收到FIN后，服务器向客户端发送确认消息，确认序列号为接收到的序列号+1(与SYN相同，一个FIN占用一个序列号)，服务器进入CLOSE_WAIT状态。
第三次挥手:
服务器发送一个FIN来关闭从服务器到客户端的数据传输，服务器进入最后确认状态。
第四波:
接收到FIN后，客户端进入TIME_WAIT状态，然后向服务器发送确认消息，确认序列号为接收到的序列号+1，服务器进入CLOSED状态并完成四次挥动。
以上是一方主动关闭而另一方被动关闭的情况。实际上，它也会同时启动主动关闭。具体流程如下:
理论经典:详细解释TCP协议的三向握手和四向波过程
过程和状态在上图中是清楚的，所以我们在这里不再重复，而是参考前面的四个波形分析步骤。
结论
通常会有关于三次握手和四次挥手的典型面试问题，在此提出，供需要的XD视酷参考:
(1)什么是三方握手或过程？四次握手怎么样？分析之前的答案是。
(2)为什么建立连接是三次握手，而关闭连接是四次握手？
这是因为当服务器在侦听状态下接收到连接建立请求的同步消息时，它会将确认和同步放在一个消息中，并将其发送给客户端。当关闭连接时，当从另一方接收FIN消息时，这仅仅意味着另一方不再发送数据，但是仍然可以接收数据。我们自己的一方可能不会将所有数据发送给另一方，因此我们可以立即关闭它，或者向另一方发送一些数据，然后向另一方发送FIN消息，以表明我们同意立即关闭连接。因此，我们的确认和确认通常是分开发送的。
