对TCP协议握手的理解（转）

reference:https://www.cnblogs.com/awkflf11/p/9191708.html

目录：

31.Tcp握手的一些问题？

21.Tcp三次握手及SYN攻击； 

四次握手？ 为什么建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次挥手？

13.TCP释放连接四次握手 

12.TCP建立连接三次握手

11.TCP报文段首部格式?

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 31.连接建立，为什么要进行三次握手呢（两次确认）？

为什么要采用三次握手，两次不行吗？

 

Tcp4次释放连接的过程?

四次挥手图示：

当客户A 没有东西要发送时就要释放 A 这边的连接，A会发送一个报文（没有数据），其中 FIN 设置为1,  服务器B收到后会给应用程序一个信，这时A那边的连接已经关闭，即A不再发送信息（但仍可接收信息）。  A收到B的确认后进入等待状态，等待B请求释放连接， B数据发送完成后就向A请求连接释放，也是用FIN=1 表示， 并且用 ack = u+1(如图）， A收到后回复一个确认信息，并进入 TIME_WAIT 状态， 等待 2MSL 时间。

当客户A 没有东西要发送时就要释放 A 这边的连接，A会发送一个报文（没有数据），其中 FIN 设置为1,  服务器B收到后会给应用程序一个信，这时A那边的连接已经关闭，即A不再发送信息（但仍可接收信息)。A收到B的确认后进入等待状态，等待B请求释放连接， B数据发送完成后就向A请求连接释放，也是用FIN=1 表示， 并且用 ack = u+1(如图)， A收到后回复一个确认信息，并进入 TIME_WAIT 状态， 等待 2MSL 时间。

为什么要等待 2MSL 时间？

为了这种情况： B向A发送 FIN = 1 的释放连接请求，但这个报文丢失了，A没有接到不会发送确认信息， B 超时会重传，这时A在 WAIT_TIME 还能够接收到这个请求，这时再回复一个确认就行了。（A收到 FIN = 1 的请求后 WAIT_TIME会重新记时）;

另外服务器B存在一个保活状态，即如果A突然故障死机了，那B那边的连接资源什么时候能释放呢？  就是保活时间到了后，B会发送探测信息， 以决定是否释放连接。

然后连接建立，为什么要进行三次握手呢（两次确认）?

     建立三次握手主要是因为A发送了再一次的确认，那么A为什么会再确认一次呢，主要是为了防止已失效的连接请求报文段又突然传送给B，从而产生了错误。

   所谓“已失效的连接请求报文”是这样产生的，正常情况下，A发出连接请求，但是因为连接报文请求丢失而未收到确认，于是A再重传一次连接请求，后来收到了请求，并收到了确认，建立了连接，数据传输完毕后，就释放链接，A共发送了两次连接请求报文段，其中第一个丢失，第二个到达了B，没有“已失效的连接请求报文段”，但是还有异常情况下，A发送的请求报文连接段并没有丢失，而是在某个网络节点滞留较长时间，以致延误到请求释放后的某个时间到达B，本来是一个早已失效的报文段，但是B收到了此失效连接请求报文段后，就误以为A又重新发送的连接请求报文段，并发送确认报文段给A，同意建立连接，如果没有三次握手，那么B发送确认后，连接就建立了，而此时A没有发送建立连接的请求报文段，于是不理会B的确认，也不会给B发送数据，而B却一直等待A发送数据，因此B的许多资源就浪费了，

采用三次握手的方式就可以防止这种事情发生，例如刚刚，A不理会B，就不会给B发送确认，B收不到A的确认，就知道A不要求建立连接，就不会白白浪费资源，

为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

为什么要等待呢？

为了这种情况： B向A发送 FIN = 1 的释放连接请求，但这个报文丢失了， A没有接到不会发送确认信息， B 超时会重传，这时A在 WAIT_TIME 还能够接收到这个请求，这时再回复一个确认就行了。（A收到 FIN = 1 的请求后 WAIT_TIME会重新记时）

另外服务器B存在一个保活状态，即如果A突然故障死机了，那B那边的连接资源什么时候能释放呢？  就是保活时间到了后，B会发送探测信息， 以决定是否释放连接

1.为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？

这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

1.为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？ 

答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。 

2.为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？

这是因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到，因此对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。

2.为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？

答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。

20.TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）

是面向连接的协议，也就是说在收发数据之前，必须先和对方建立连接，一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来，其中的过程非常复杂，

只简单的 描述下这三次对话的简单过程：主机A向主机B发出连接请求数据包：“我想给你发数据，可以吗？”，这是第一次对话；主机B向主机A发送同意连接和要求同步 （同步就是两台主机一个在发送，一个在接收，协调工作）的数据包：“可以，你什么时候发？”，这是第二次对话；主机A再发出一个数据包确认主机B的要求同 步：“我现在就发，你接着吧！”，这是第三次对话。三次“对话”的目的是使数据包的发送和接收同步，经过三次“对话”之后，主机A才向主机B正式发送数据。

需要了解的信息：

ACK ：TCP协议规定，只有ACK=1时有效，也规定连接建立后所有发送的报文的ACK必须为1

SYN(SYNchronization) ：在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文。

对方若同意建立连接，则应在响应报文中使SYN=1和ACK=1. 因此,  SYN置1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。

21、三次握手 

所谓三次握手（Three-Way Handshake）即建立TCP连接，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。在socket编程中，这一过程由客户端执行connect来触发，整个流程TCP三次握手如下所示： 

 三次握手的过程：

首先由Client发出请求连接即 SYN=1 ACK=0  (请看头字段的介绍), TCP规定SYN=1时不能携带数据，但要消耗一个序号,因此声明自己的序号是 seq=x；

然后 Server 进行回复确认，即 SYN=1 ACK=1 seq=y, ack=x+1；

再然后 Client 再进行一次确认，但不用SYN 了，这时即为 ACK=1, seq=x+1, ack=y+1。

 

（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： 

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 

22、四次挥手 

三次握手耳熟能详，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，整个流程所示TCP四次挥手 :

 

四次分手：

由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这个原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。

（1）客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送（报文段4）。

（2）服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1（报文段5）。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。

（3）服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A（报文段6）。

（4）客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1（报文段7）。

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

（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，具体流程同时挥手如下图  ：

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。

注意】中断连接端可以是Client端，也可以是Server端。

假设Client端发起中断连接请求，也就是发送FIN报文。Server端接到FIN报文后，意思是说"我Client端没有数据要发给你了"，但是如果你还有数据没有发送完成，则不必急着关闭Socket，可以继续发送数据。所以你先发送ACK，"告诉Client端，你的请求我收到了，但是我还没准备好，请继续你等我的消息"。这个时候Client端就进入FIN_WAIT状态，继续等待Server端的FIN报文。当Server端确定数据已发送完成，则向Client端发送FIN报文，"告诉Client端，好了，我这边数据发完了，准备好关闭连接了"。Client端收到FIN报文后，"就知道可以关闭连接了，但是他还是不相信网络，怕Server端不知道要关闭，所以发送ACK后进入TIME_WAIT状态，如果Server端没有收到ACK则可以重传。“，Server端收到ACK后，"就知道可以断开连接了"。Client端等待了2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，我Client端也可以关闭连接了。Ok，TCP连接就这样关闭了！

整个过程Client端所经历的状态如下：

 

而Server端所经历的过程如下：

 

【注意】在TIME_WAIT状态中，如果TCP client端最后一次发送的ACK丢失了，它将重新发送。TIME_WAIT状态中所需要的时间是依赖于实现方法的。典型的值为30秒、1分钟和2分钟。等待之后连接正式关闭，并且所有的资源(包括端口号)都被释放。

保活计时器：

设想有这样的情况：客户端已主动与服务器建立了TCP连接，但后来客户端的主机突然出现故障。

通常设为2小时。若2小时没有收到客户端的数据，服务器就发送一个探测报文段，以后则每隔75分钟发送一次。若一连发送10个探测报文段后仍无客户端的响应，服务器就认为客户端出现了故障，接着就关闭这个连接。

 

13.TCP释放连接四次握手

（1）四次握手过程

　　假设主机A为客户端，主机B为服务器，其释放TCP连接的过程如下： 

    1） 关闭客户端到服务器的连接：首先客户端A发送一个FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送，然后等待服务器的确认。其中终止标志位FIN=1，序列号seq=u

 　 2） 服务器收到这个FIN，它发回一个ACK，确认号ack为收到的序号加1。
  　3） 关闭服务器到客户端的连接：也是发送一个FIN给客户端。
 　 4） 客户段收到FIN后，并发回一个ACK报文确认，并将确认序号seq设置为收到序号加1。

     首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。

    　主机A发送FIN后，进入终止等待状态， 服务器B收到主机A连接释放报文段后，就立即给主机A发送确认，然后服务器B就进入close-wait状态，此时TCP服务器进程就通知高层应用进程，因而从A到B的连接就释放了。此时是“半关闭”状态。即A不可以发送给B，但是B可以发送给A。
　　此时，若B没有数据报要发送给A了，其应用进程就通知TCP释放连接，然后发送给A连接释放报文段，并等待确认。A发送确认后，进入time-wait，注意，此时TCP连接还没有释放掉，然后经过时间等待计时器设置的2MSL后，A才进入到close状态。

（2）为什么要等待2MSL呢?
    MSL即Maximum Segment Lifetime，也就是最大报文生存时间，他是任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃。引用《TCP/IP详解》中的话：“它(MSL)是任何报文段被丢弃前在网络内的最长时间”。RFC 793中规定MSL为2分钟，实际应用中常用的是30秒，1分钟和2分钟等。

    TCP的TIME_WAIT状态需要等待2MSL，当TCP的一端发起主动关闭，在发出最后一个ACK包后，即第3次握手完成后发送了第四次握手的ACK包后就进入了TIME_WAIT状态，必须在此状态上停留两倍的MSL时间，等待2MSL时间主要目的是怕最后一个ACK包对方没收到，那么对方在超时后将重发第三次握手的FIN包，主动关闭端接到重发的FIN包后可以再发一个ACK应答包。在TIME_WAIT状态时两端的端口不能使用，要等到2MSL时间结束才可继续使用。当连接处于2MSL等待阶段时任何迟到的报文段都将被丢弃。不过在实际应用中可以通过设置SO_REUSEADDR选项达到不必等待2MSL时间结束再使用此端口。

    概括原因如下：

    ①、为了保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B。即最后这个确认报文段很有可能丢失，那么B会超时重传，然后A再一次确认，同时启动2MSL计时器，如此下去。如果没有等待时间，发送完确认报文段就立即释放连接的话，B就无法重传了（连接已被释放，任何数据都不能出传了），因而也就收不到确认，就无法按照步骤进入CLOSE状态，即必须收到确认才能close。
    ②、防止“已失效的连接请求报文段”出现在连接中。经过2MSL，那些在这个连接持续的时间内，产生的所有报文段就可以都从网络中消失。即在这个连接释放的过程中会有一些无效的报文段滞留在楼阁结点，但是呢，经过2MSL这些无效报文段就肯定可以发送到目的地，不会滞留在网络中。这样的话，在下一个连接中就不会出现上一个连接遗留下来的请求报文段了。
可以看出：B结束TCP连接的时间比A早一点，因为B收到确认就断开连接了，而A还得等待2MSL.

 

（3）为什么TCP释放连接需要四次？

      TCP建立连接要进行三次握手，而断开连接要进行四次。这是由于TCP的半关闭造成的。因为TCP连接是全双工的(即数据可在两个方向上同时传递)所以进行关闭时每个方向上都要单独进行关闭。这个单方向的关闭就叫半关闭。当一方完成它的数据发送任务，就发送一个FIN来向另一方通告将要终止这个方向的连接。

     注意：

     1）发送了FIN只是表示这端不能继续发送数据(应用层不能再调用send发送)，但是还可以接收数据。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据，比如：如主机A收到主机B的FIN断开TCP连接请求，只是表示主机B已经发送完数据，主机A收到FIN后作出应答，并终止这个方向的数据传输，此时处于半关闭状态。但是主机A仍然可以发送数据的，只有当主机A发送完数据并发送FIN给主机B时，主机B才停止这个方向的数据传输，并关闭TCP连接。

     2）在很多时候，TCP连接的断开都会由TCP层自动进行，例如你CTRL+C终止你的程序，TCP连接依然会正常关闭，你可以写代码试试。

12.TCP建立连接三次握手

（1）、三次握手的过程

   1）主机A向主机B发送TCP连接请求数据包，其中包含主机A的初始序列号seq(A)=x。（其中报文中同步标志位SYN=1，ACK=0，表示这是一个TCP连接请求数据报文；序号seq=x，表明传输数据时的第一个数据字节的序号是x）；
   2）主机B收到请求后，会发回连接确认数据包。（其中确认报文段中，标识位SYN=1，ACK=1，表示这是一个TCP连接响应数据报文，并含主机B的初始序列号seq(B)=y，以及主机B对主机A初始序列号的确认号ack(B)=seq(A)+1=x+1）
   3）第三次，主机A收到主机B的确认报文后，还需作出确认，即发送一个序列号seq(A)=x+1；确认号为ack(A)=y+1的报文；

（2）为什么需要第三次握手?

     还要再发送一次确认是为了，防止已失效的连接请求报文段突然又传到了B，因而产生错误。
     已失效的报文段：正常情况下：A发出连接请求，但因为丢失了，故而不能收到B的确认。于是A重新发出请求，然后收到确认，建立连接，数据传输完毕后，释放连接，A发了2个，一个丢掉，一个到达，没有“已失效的报文段”
     但是，某种情况下，A的第一个在某个节点滞留了，延误到达，本来这是一个早已失效的报文段，但是在A发送第二个，并且得到B的回应，建立了连接以后，这个报文段竟然到达了，于是B就认为，A又发送了一个新的请求，于是发送确认报文段，同意建立连接，假若没有三次的握手，那么这个连接就建立起来了（有一个请求和一个回应），此时，A收到B的确认，但A知道自己并没有发送建立连接的请求，因为不会理睬B的这个确认，于是呢，A也不会发送任何数据，而B呢却以为新的连接建立了起来，一直等待A发送数据给自己，此时B的资源就被白白浪费了。但是采用三次握手的话，A就不发送确认，那么B由于收不到确认，也就知道并没有要求建立连接。

     简而言之：第三次握手，主机A发送一次确认是为了防止：如果客户端迟迟没有收到服务器返回的确认报文，这时他会放弃连接，重新启动一条连接请求；但问题是：服务器不知客户端没收到，所以他会收到两个连接请求，白白浪费了一条连接开销。

11.TCP报文段首部格式：

 在谈及TCP建立连接和释放连接过程，先来简单认识一下TCP报文段首部格式的的几个名词（这里只是简单说明，具体请查看相关教程）

    序列号seq：占4个字节，用来标记数据段的顺序，TCP把连接中发送的所有数据字节都编上一个序号，第一个字节的编号由本地随机产生；给字节编上序号后，就给每一个报文段指派一个序号；序列号seq就是这个报文段中的第一个字节的数据编号。
    确认号ack：占4个字节，期待收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号；序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号；而确认号指的是期望接收到下一个字节的编号；因此当前报文段最后一个字节的编号+1即为确认号。
    确认ACK：占1位，仅当ACK=1时，确认号字段才有效。ACK=0时，确认号无效
    同步SYN：连接建立时用于同步序号。当SYN=1，ACK=0时表示：这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示这是一个连接请求，或连接接受报文。SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1，握手完成后SYN标志位被置0。
    终止FIN：用来释放一个连接。FIN=1表示：此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放运输连接

    PS：ACK、SYN和FIN这些大写的单词表示标志位，其值要么是1，要么是0；ack、seq小写的单词表示序号。

 

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。 
        Sequence number(顺序号码)
（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。 
        Acknowledge number(确认号码)；
（3）标志位：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具体含义如下：

TCP(Transmission Control Protocol)　传输控制协议

TCP是主机对主机层的传输控制协议，提供可靠的连接服务，采用三次握手确认建立一个连接:

位码即tcp标志位,有6种标示:

（1）SYN(synchronous建立联机)：发起一个新连接。 SYN(SYNchronization) ：在连接建立时用来同步序号。

      SYN(synchronous建立联机)   SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。

（2）ACK：(acknowledgement 确认)确认序号有效。 
TCP协议规定，只有ACK=1时有效，也规定连接建立后所有发送的报文的ACK必须为1
（3）URG(urgent紧急)：紧急指针（urgent pointer）有效。 
（4）PSH(push传送)：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。 
（5）RST(reset重置)：重置连接。 
（6）FIN：(finish结束)释放一个连接。当 FIN = 1 时，表明此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放连接。

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Seq+1，两端配对。
当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文。对方若同意建立连接，则应在响应报文中使SYN=1和ACK=1. 因此, SYN置1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。