TCP 連接建立的三次握手

1、先提出一個問題，可以不進行三次握手直接往服務(wù)端發(fā)送數(shù)據(jù)包嗎？

是不可以的，也是可以的；

1）不可以是因為現(xiàn)在的TCP連接標準和規(guī)范要求傳輸數(shù)據(jù)前先確認兩端的狀態(tài)，有一端狀態(tài)不OK的話，發(fā)數(shù)據(jù)包有什么用呢；

2）說可以是站在網(wǎng)絡(luò)連接的角度，像 UDP 協(xié)議；

TCP，Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議，面向連接；
UDP，User Data Protocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，面向數(shù)據(jù)包；

2、TCP三次握手

1）標志位、隨機序列號和確認序列號是在數(shù)據(jù)包的 TCP 首部里面；

2）幾個狀態(tài)是指客戶端和服務(wù)端連接過程中 socket 狀態(tài)；

3）第一次握手，客戶端向服務(wù)端發(fā)送數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包中 SYN 標志位為 1，還有隨機生成的序列號c_seq，客戶端狀態(tài)改為 SYN-SENT；

4）第二次握手，服務(wù)端接收到客戶端發(fā)過來的數(shù)據(jù)包中 SYN 標志位為 1，就知道客戶端想和自己建立連接，服務(wù)端會根據(jù)自身的情況決定是拒絕連接，或確定連接，還是丟棄該數(shù)據(jù)包；

拒絕連接，會往客戶端發(fā)一個數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包中 RST 標志位為 1，客戶端會報 Connection refused；

丟棄客戶端的數(shù)據(jù)包，超過一定時間后客戶端會報 Connection timeout；

確定連接時會往客戶端發(fā)一個數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包中 ACK 標志位為 1，確認序列號 ack=c_seq+1，SYN 標志位為 1，隨機序列號 s_seq，狀態(tài)由 LISTEN 改為 SYN-RCVD；

5）第三次握手，客戶端接收到數(shù)據(jù)包會做校驗，校驗ACK標志位和確認序列號 ack=c_seq+1，如果確定是服務(wù)端的確認數(shù)據(jù)包，改自己的狀態(tài)為 ESTABLISHED，并給服務(wù)端發(fā)確認數(shù)據(jù)包；

6）服務(wù)端接到客戶端數(shù)據(jù)包，會校驗ACK標志位和確認序列號 ack=s_seq+1，改自己的狀態(tài)為 ESTABLISHED，之后就可以進行數(shù)據(jù)傳輸了；

7）建立連接時的數(shù)據(jù)包是沒有實際內(nèi)容的，沒有應(yīng)用層的數(shù)據(jù)；

8）建立連接之后發(fā)起的請求數(shù)據(jù)包，每個數(shù)據(jù)包都會封裝各層協(xié)議的頭部信息，標志位ACK為1，其他標志位變動；

9）網(wǎng)絡(luò)進程間的通信，一臺服務(wù)器內(nèi)部的進程間通信不用這樣；

3、TCP 連接三次握手抓包

三次握手底層邏輯

1、Socket

1）Socket 在 linux 系統(tǒng)中是一種特殊的文件，因為 linux 系統(tǒng)的理念就是【一切皆文件】，是系統(tǒng)內(nèi)核級的功能；

2）以上定義比較具體，可以抽象來理解，是一個內(nèi)核級的用于通信的功能層，包含一組接口函數(shù)，這些函數(shù)實際就是操作 socket 文件句柄文件描述符；

一個 TCP 連接由四要素【源IP、源Port、目標IP、目標Port】唯一標識，也即 socket 由這四要素唯一確定；

一個 TCP 連接的建立也就是客戶端、服務(wù)端創(chuàng)建了相對應(yīng)的一對 socket，客戶端和服務(wù)端之間的通信也就是這對 socket 間的通信（物理層面是網(wǎng)卡在發(fā)送/接收比特流數(shù)據(jù)）；

3）一個服務(wù)與另一個服務(wù)建立連接，他們的端口是什么呢？

客戶端發(fā)出請求端口號是隨機的，服務(wù)端是進程監(jiān)聽的端口號；

2、socket 主要函數(shù)介紹

1、進程通信，一個進程只有一個監(jiān)聽 socket，connect socket 是針對一個客戶的一個連接的，有很多個； 2、connect 函數(shù)內(nèi)部在發(fā)起請求前會找系統(tǒng)隨機一個端口號； 3、連接建立后，客戶端發(fā)起請求傳輸數(shù)據(jù)，服務(wù)端會直接交給 connect socket 處理，不會交給監(jiān)聽 socket 處理；

4、監(jiān)聽 socket 在處理客戶端請求時，如果此時其他客戶端發(fā)請求過來，監(jiān)聽 socket 是沒法處理的，此時系統(tǒng)會維護請求隊列由 backlog 參數(shù)指定；

全連接隊列（completed connection queue）

半連接隊列（incomplete connection queue）

Linux 內(nèi)核 2.2 版本之前，backlog 的大小等于全連接隊列和半連接隊列之和；

Linux 內(nèi)核 2.2 版本之后，backlog 的大小之和全連接隊列有關(guān)系：

半連接隊列大小由
/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog 文件指定，可以開很大；

全連接隊列大小由
/proc/sys/net/core/somaxconn 文件和 backlog 參數(shù)指定，取兩個中的最小值；

Tomcat acceptCount 就是配置全連接隊列大小；

3、socket 函數(shù)在建立連接和數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇蟾攀褂们闆r

4、TCP首部結(jié)構(gòu)

1）2的16次方等于 65536，所以系統(tǒng)中端口號的限制個數(shù)為 65536，一般1024以下端口被系統(tǒng)占用；

2）標志位這里是 6 個，還有其他標志位的，只是這 6 個標志位常用；

3）seq 序列號，ack 確認序列號，序列號在數(shù)據(jù)傳輸時分包用到。三次握手時 seq 序列號是隨機的，沒有實際意義；

4）TCP 包首部后面接著的是 IP 包首部，再緊接著的是以太網(wǎng)包首部，其實都是加 0101010101 二進制位；

幾個常用標志位，首先一個標志位占一個 bit 位，只能是二進制中的 1 或 0；

1）SYN，簡寫 S，請求標志位，用來建立連接。在TCP三次握手中收到帶有該標志位的數(shù)據(jù)包，表示對方想與己方建立連接；

2）ACK，簡寫【.】，請求確認/應(yīng)答標志位，用于對對方的請求進行應(yīng)答，對方收到含該標志位的數(shù)據(jù)包，會知道己方存在且可用。也會用在連接建立之后，己方發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)給對方的數(shù)據(jù)包中；

3）FIN，簡寫 F，請求斷開標志位，用于斷開連接。對方收到己方的含該標志位的數(shù)據(jù)包，就知道己方想與它斷開連接，不再保持連接；

4）RST，簡寫 R，請求復(fù)位標志位，因網(wǎng)絡(luò)或己方服務(wù)原因?qū)е掠袛?shù)據(jù)包丟失，己方接收到的數(shù)據(jù)包序列號與上一個數(shù)據(jù)包的序列號不銜接，那己方會發(fā)送含該標志位的數(shù)據(jù)包告訴對方，對方接收到含該標志位的數(shù)據(jù)包就知道己方要求它重新三次握手建立連接并重新發(fā)送丟失的數(shù)據(jù)包，一般斷點續(xù)傳會用到該標志位；

還有就是如果對方發(fā)過來的數(shù)據(jù)錯了，有問題，己方也會發(fā)送含該標志位的數(shù)據(jù)包；

5）PSH，簡寫 P，推送標志位，表示收到數(shù)據(jù)包后要立即交給應(yīng)用程序去處理，不應(yīng)該放在緩存中，read()/write() 都有緩存區(qū)；

6）URG，簡寫 U，緊急標志位，該標志位表示 tcp 包首部中的緊急指針域有效，督促中間層盡快處理；

7）ECE，在保留位中；

8）CWR，在保留位中；

5、TCP 抓包

TCP 連接斷開的四次揮手

1）服務(wù)端會根據(jù)自身情況，沒有要處理的數(shù)據(jù)時會把第二次和第三次揮手合并成一次揮手，此時標志位 FIN=1 / ACK=1；

2）MSL 是 Maximum Segment Lifetime 縮寫，指數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中最大生存時間，RFC 建議是 2分鐘；

詳細描述：

1）客戶端、服務(wù)端都可以主動發(fā)起斷開連接；

2）第一次揮手，客戶端向服務(wù)端發(fā)送含 FIN=1 標志位的數(shù)據(jù)包，隨機序列號 seq=m，此時客戶端狀態(tài)由 ESTABLISHED 變?yōu)?nbsp;FIN_WAIT_1；

3）第二次揮手，服務(wù)端收到含 FIN=1 標志位的數(shù)據(jù)包，就知道客戶端要斷開連接，服務(wù)端會向客戶端發(fā)送含 ACK=1 標志位的應(yīng)答數(shù)據(jù)包，確認序列號 ack=m+1，此時服務(wù)端狀態(tài)由 ESTABLISHED 變?yōu)?nbsp;CLOSE_WAIT；

4）客戶端收到含 ACK=1 標志位的應(yīng)答數(shù)據(jù)包，知道服務(wù)端的可以斷開的意思，此時客戶端狀態(tài)由 FIN_WAIT_1 變?yōu)?nbsp;FIN_WAIT_2；（第一、二次揮手也只是雙方交換一下意見而已）

5）第三次揮手，服務(wù)端處理完剩下的數(shù)據(jù)后再次向客戶端發(fā)送含 FIN=1 標志位的數(shù)據(jù)包，隨機序列號 seq=n，告訴客戶端現(xiàn)在可以真正的斷開連接了，此時服務(wù)端狀態(tài)由 CLOSE_WAIT 變?yōu)?nbsp;LAST_ACK；

6）第四次揮手，客戶端收到服務(wù)端再次發(fā)送的含 FIN=1 標志位的數(shù)據(jù)包，就知道服務(wù)端處理好了可以斷開連接了，但是客戶端為了慎重起見，不會立馬關(guān)閉連接，而是改狀態(tài)，且向服務(wù)端發(fā)送含 ACK=1 標志位的應(yīng)答數(shù)據(jù)包，確認序列號 ack=n+1，此時客戶端狀態(tài)由 FIN_WAIT_2 變?yōu)?nbsp;TIME_WAIT；

等待 2 個MSL時間還是未收到服務(wù)端發(fā)過來的數(shù)據(jù)，則表明服務(wù)端已經(jīng)關(guān)閉連接了，客戶端也會關(guān)閉連接釋放資源，此時客戶端狀態(tài)由 TIME_WAIT 變?yōu)?nbsp;CLOSED；

也就是說 TIME_WAIT 狀態(tài)存在時長在 1~4分鐘；

7）服務(wù)端收到含 ACK=1 標志位的應(yīng)答數(shù)據(jù)包，知道客戶端確認可以斷開了，就立即關(guān)閉連接釋放資源，此時服務(wù)端狀態(tài)由 LAST_ACK 變?yōu)?nbsp;CLOSED；

SYN 洪水攻擊（SYN Flood）

是一種 DoS攻擊（拒絕服務(wù)攻擊），大概原理是偽造大量的TCP請求，服務(wù)端收到大量的第一次握手的數(shù)據(jù)包，且都會發(fā)第二次握手數(shù)據(jù)包去回應(yīng)，但是因為 IP 是偽造的，一直都不會有第三次握手數(shù)據(jù)包，導(dǎo)致服務(wù)端存在大量的半連接，即 SYN_RCVD 狀態(tài)的連接，導(dǎo)致半連接隊列被塞滿，且服務(wù)端默認會發(fā) 5 個第二次握手數(shù)據(jù)包，耗費大量 CPU 和內(nèi)存資源，使得正常的連接請求進不來；