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  • TCP三次握手详解

    当两台主机采用 TCP 协议进行通信时,在交换数据前将建立连接。通信完成后,将关闭会话并终止连接。连接和会话机制保障了TCP 的可靠性功能。

    请参见图中建立并终止 TCP 连接的步骤。

    主机将跟踪会话过程中的每个数据段,并使用 TCP 报头中的信息了解每台主机所接收到的数据。 

    每个连接都代表两股单向通信数据流或者会话。若要建立连接,主机应执行三次握手。TCP 报头中的控制位指出了连接的进度和状态。

    三次握手:

    1.确认目的设备存在于网络上;

    2.确认目的设备有活动的服务,并且正在源客户端要使用的目的端口号上接受请求;

    3.通知目的设备源客户端想要在该端口号上建立通信会话。

    在 TCP 连接中,充当客户端的主机将向服务器发起该会话。

    TCP 连接创建的过程分为三个步骤: 

    1. 客户端向服务器发送包含初始序列值的数据段,开启通信会话;

    2. 服务器发送包含确认值的数据段,其值等于收到的序列值加 1,并加上其自身的同步序列值。该值比序列号大 1,因为 ACK 总是下一个预期字节或二进制八位数。通过此确认值,客户端可以将响应和上一次发送到服务器的数据段联接起来;

    3. 发送带确认值的客户端响应,其值等于接受的序列值加 1。这便完成了整个建立连接的过程。 

    为了理解三次握手的过程,必须考察两台主机间交换的不同值。在 TCP 数据段报头中,有六个包含控制信息的 1 比特字段,用于管理 TCP 进程。这些字段分别是:

    URG — 紧急指针

    ACK — 确认字段

    PSH — 推送功能

    RST — 重置连接

    SYN — 同步序列号

    FIN — 发送方已传输完所有数据 

    这些字段用作标志,由于它们都只有 1 比特大小,所以它们都只有两个值:1 或者 0。当值设为 1 时,表示数据段中包含控制信息。

    通过 4 步流程法,可以交换标志,以终止 TCP 连接。

           

    TCP三次握手

    步骤 1: 

    TCP 客户端发送带同步序列号 (SYN) 控制标志设置的数据段,指示包含在报头中的序列号字段的初始值,用以开启三次握手。序列号的初始值称为初始序列号 (ISN),由系统随机选取,并用于跟踪会话过程中从客户端到服务器的数据流。在会话过程中,每从客户端向服务器发送一个字节的数据,数据段报头中包含的 ISN 值就要加 1。 

    如图所示,协议分析器的输出结果中显示了 SYN 控制标志和相应的序列号。 

    SYN 控制标志被置位并且相应的序列号设定为 0。尽管图中的协议分析器已显示了序列号和确认号的相应值,但其真实值应该为 32 位二进位数字。我们可以通过研究 Packet Bytes 窗格确定数据段报头中发送的实际数值。此处您可以看到以十六进制显示的四个字节。

    步骤 2: 

    TCP 服务器需要确认从客户端处收到 SYN 数据段,从而建立从客户端到服务器的会话。为了达到此目的,服务器应向客户端发送带 ACK 标志设置的数据段,表明确认编号有效。客户端将这种带确认标志设置的数据段理解为确认信息,即服务器已收到从 TCP 客户端发出的 SYN 信息。 

    确认编号字段的值等于客户端初始序列号加 1。此时创建从客户端到服务器的会话。ACK 标志将在会话其间保持设置。我们在前面已经学过,客户端和服务器之间的会话实际上是由两个单向的会话组成的:一个是从客户端到服务器的会话,另一个则正好相反。在三次握手过程的第二步中,服务器必须发起从服务器到客户端的响应。为开启会话,服务器应采用与客户端同样的方法使用 SYN 标志。该操作设置报头中的 SYN 控制标志,从而建立从服务器到客户端的会话。SYN 标志表明序列号字段的初始值已包含在报头中,且该值将用于跟踪会话过程中从服务器返回客户端的数据流。 

    如右图所示,协议分析器的输出结果中显示了 ACK 和 SYN 控制标志的设置,以及相应的序列号和确认号。

    步骤 3: 

    最后,TCP 客户端发送包含 ACK 信息的数据段,以示对服务器发送的 TCP SYN 信息的响应。在该数据段中,不包括用户数据。确认号字段的值比从服务器接收的初始序列号值大 1。一旦在客户端和服务器之间建立了双向会话,该通信过程中交换的所有数据段都将包含 ACK 标志设置。 

    如图所示,协议分析器的输出结果中显示了 ACK 控制标志,以及相应的序列号和确认号。 

    通过以下方式,可以加强数据网络的安全性:

    拒绝建立 TCP 会话;

    只允许建立特定服务的会话;

    只允许已建立会话之间的通信。 

    以上安全策略可以应用于所有 TCP 会话,也可以仅应用于某些选定会话。

    若要关闭连接,应设置数据段报头中的 FIN(结束) 控制标志。为终止每个单向 TCP 会话,需采用包含 FIN 数据段和 ACK 数据段的二次握手。因此,若要终止 TCP 支持的整个会话过程,需要实施四次交换,以终止两个双向会话。注意:在本部分中,为了更容易理解,采用了客户端和服务器端进行说明。实际上,终止的过程可以在任意两台完成会话的主机之间展开。 

    1. 当客户端的数据流中没有其它要发送的数据时,它将发送带 FIN 标志设置的数据段; 

    2. 服务器发送 ACK 信息,确认收到从客户端发出的请求终止会话的 FIN 信息; 

    3. 服务器向客户端发送 FIN 信息,终止从服务器到客户端的会话; 

    4. 客户端发送 ACK 响应信息,确认收到从服务器发出的 FIN 信息。 

    当会话中的客户端没有其它要传输的数据时,它将在数据段报头中设置 FIN 标志。然后,会话中的服务器端将发送包含 ACK 标志设置的一般数据段信息,通过确认号确认已经收到所有数据。当所有数据段得到确认后,会话关闭。 

    另一方向的会话采用相同的方式关闭。接收方在数据段的报头中设置 FIN 标志,然后发送到发送方,表明没有其它需要发送的数据。返回的确认信息确定已接收所有数据,随即该方向的会话关闭。 

    如右图所示,在数据段报头中设置了 FIN 和 ACK 控制标志,并从而关闭了 HTTP 会话。 

    也可以通过三次握手方式关闭连接。当客户端没有其它要传输的数据时,它将向服务器发送 FIN 信息。如果服务器也没有其它要传输的数据,它将发送同时包含 FIN 和 ACK 标志设置的响应信息,将两步并作一步。最后,客户端返回 ACK 信息。

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