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[网络协议]TCP协议-----------三次握手、四次挥手

在这里插入图片描述

netstat 查看网络状态的命令
例如:哪些端口号打开了,而且是本机上所有的端口都可以看哪些人连接过来了
-a 所有的进程信息 all
-n 以数字的形式显示 number
-p PID/Program name 显示程序的pid和名字
-l 显示处于listen状态的
-u 表示udp的
-t 表示tcp的

-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。

在这里插入图片描述
端口号2^0~ 2^16,端口的取值范围一般是:0-65535。在这个取值范围中1023以下的端口已经分配给了常用的一些应用程序,这个数字以后的端口部分被使用,所以网络编程可用的端口一般在1024之后选取。
tcp的应用:
telnet 23 远程控制的,明文传输,不安全
ssh 22
http 80
mysql 3306
ftp 21
dns 53 dns的主从服务器之间的数据传输
SMTP 25 发送邮件
pop3 110 收取邮件的
UDP的经典应用层的协议
QQ 8000
dns 53 --》域名解析
dhcp 67
ntp 网络时间协议 123

三次握手详细图解(连接)
在这里插入图片描述
四次挥手详细图解(断开)

在这里插入图片描述
常见面试问题:
作者:MissLittleT
链接:https://www.nowcoder.com/discuss/568071?from=zhnkw
来源:牛客网

Q:为什么要三次握手?
三次握手的目的是建立可靠的通信信道,说到通讯,简单来说就是数据的发送与接收,而三次握手最主要的目的就是双方确认自己与对方的发送与接收是正常的
第一次握手,发送端:什么都确认不了;接收端:对方发送正常,自己接受正常
第二次握手,发送端:对方发送,接受正常,自己发送,接受正常 ;接收端:对方发送正常,自己接受正常
第三次握手,发送端:对方发送,接受正常,自己发送,接受正常;接收端:对方发送,接受正常,自己发送,接受正常
Q:两次握手不行吗?为什么TCP客户端最后还要发送一次确认呢?
主要防止已经失效的连接请求报文突然又传送到了服务器,从而产生错误。
经典场景:客户端发送了第一个请求连接并且没有丢失,只是因为在网络结点中滞留的时间太长了
由于TCP的客户端迟迟没有收到确认报文,以为服务器没有收到,此时重新向服务器发送这条报文,此后客户端和服务器经过两次握手完成连接,传输数据,然后关闭连接。
此时此前滞留的那一次请求连接,网络通畅了到达服务器,这个报文本该是失效的,但是,两次握手的机制将会让客户端和服务器再次建立连接,这将导致不必要的错误和资源的浪费。
如果采用的是三次握手,就算是那一次失效的报文传送过来了,服务端接受到了那条失效报文并且回复了确认报文,但是客户端不会再次发出确认。由于服务器收不到确认,就知道客户端并没有请求连接。
Q:为什么三次握手,返回时,ack 值是 seq 加 1(ack = x+1)
假设对方接收到数据,比如sequence number = 1000,TCP Payload = 1000,数据第一个字节编号为1000,最后一个为1999,回应一个确认报文,确认号为2000,意味着编号2000前的字节接收完成,准备接收编号为2000及更多的数据
确认收到的序列,并且告诉发送端下一次发送的序列号从哪里开始(便于接收方对数据排序,便于选择重传)
Q:SYN洪泛攻击(SYN Flood,半开放攻击),怎么解决?
什么是SYN洪范泛攻击?

SYN Flood利用TCP协议缺陷,发送大量伪造的TCP连接请求,常用假冒的IP或IP号段发来海量的请求连接的第一个握手包(SYN包),被攻击服务器回应第二个握手包(SYN+ACK包),因为对方是假冒IP,对方永远收不到包且不会回应第三个握手包。导致被攻击服务器保持大量SYN_RECV状态的“半连接”,并且会重试默认5次回应第二个握手包,大量随机的恶意syn占满了未完成连接队列,导致正常合法的syn排不上队列,让正常的业务请求连接不进来。【服务器端的资源分配是在二次握手时分配的,而客户端的资源是在完成三次握手时分配的,所以服务器容易受到SYN洪泛攻击】
检测 SYN 攻击非常的方便,当你在服务器上看到大量的半连接状态时,特别是源IP地址是随机的,基本上可以断定这是一次SYN攻击【在 Linux/Unix 上可以使用系统自带的 netstats 命令来检测 SYN 攻击】
怎么解决?
缩短超时(SYN Timeout)时间
增加最大半连接数
过滤网关防护
SYN cookies技术:
当服务器接受到 SYN 报文段时,不直接为该 TCP 分配资源,而只是打开一个半开的套接字。接着会使用 SYN 报文段的源 Id,目的 Id,端口号以及只有服务器自己知道的一个秘密函数生成一个 cookie,并把 cookie 作为序列号响应给客户端。
如果客户端是正常建立连接,将会返回一个确认字段为 cookie + 1 的报文段。接下来服务器会根据确认报文的源 Id,目的 Id,端口号以及秘密函数计算出一个结果,如果结果的值 + 1 等于确认字段的值,则证明是刚刚请求连接的客户端,这时候才为该 TCP 分配资源
Q:TCP三次握手中,最后一次回复丢失,会发生什么?
如果最后一次ACK在网络中丢失,那么Server端(服务端)该TCP连接的状态仍为SYN_RECV,并且根据 TCP的超时重传机制依次等待3秒、6秒、12秒后重新发送 SYN+ACK 包,以便 Client(客户端)重新发送ACK包
如果重发指定次数后,仍然未收到ACK应答,那么一段时间后,Server(服务端)自动关闭这个连接
但是Client(客户端)认为这个连接已经建立,如果Client(客户端)端向Server(服务端)发送数据,Server端(服务端)将以RST包(Reset,标示复位,用于异常的关闭连接)响应,此时,客户端知道第三次握手失败

Q:为什么连接的时候是三次握手,关闭的时候却是四次握手?
建立连接的时候, 服务器在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。
关闭连接时,服务器收到对方的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,而自己也未必全部数据都发送给对方了,所以服务器可以立即关闭,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,服务器ACK和FIN一般都会分开发送,从而导致多了一次。
Q:为什么TCP挥手每两次中间有一个 FIN-WAIT2等待时间?
主动关闭的一端调用完close以后(即发FIN给被动关闭的一端, 并且收到其对FIN的确认ACK)则进入FIN_WAIT_2状态。如果这个时候因为网络突然断掉、被动关闭的一段宕机等原因,导致主动关闭的一端不能收到被动关闭的一端发来的FIN(防止对端不发送关闭连接的FIN包给本端),这个时候就需要FIN_WAIT_2定时器, 如果在该定时器超时的时候,还是没收到被动关闭一端发来的FIN,那么直接释放这个链接,进入CLOSE状态
Q:为什么客户端最后还要等待2MSL?为什么还有个TIME-WAIT的时间等待?
保证客户端发送的最后一个ACK报文能够到达服务器,因为这个ACK报文可能丢失,服务器已经发送了FIN+ACK报文,请求断开,客户端却没有回应,于是服务器又会重新发送一次,而客户端就能在这个2MSL时间段内收到这个重传的报文,接着给出回应报文,并且会重启2MSL计时器。
防止类似与“三次握手”中提到了的“已经失效的连接请求报文段”出现在本连接中。客户端发送完最后一个确认报文后,在这个2MSL时间中,就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失,这样新的连接中不会出现旧连接的请求报文。
2MSL,最大报文生存时间,一个MSL 30 秒,2MSL = 60s
Q:客户端 TIME-WAIT 状态过多会产生什么后果?怎样处理?
作为服务器,短时间内关闭了大量的Client连接,就会造成服务器上出现大量的TIME_WAIT连接,占据大量的tuple /tApl/ ,严重消耗着服务器的资源,此时部分客户端就会显示连接不上
作为客户端,短时间内大量的短连接,会大量消耗的Client机器的端口,毕竟端口只有65535个,端口被耗尽了,后续就无法在发起新的连接了
在高并发短连接的TCP服务器上,当服务器处理完请求后立刻主动正常关闭连接。这个场景下会出现大量socket处于TIME_WAIT状态。如果客户端的并发量持续很高,此时部分客户端就会显示连接不上
高并发可以让服务器在短时间范围内同时占用大量端口,而端口有个0~65535的范围,并不是很多,刨除系统和其他服务要用的,剩下的就更少了
短连接表示“业务处理+传输数据的时间 远远小于 TIMEWAIT超时的时间”的连接
解决方法:
用负载均衡来抗这些高并发的短请求;
服务器可以设置 SO_REUSEADDR 套接字选项来避免 TIME_WAIT状态,TIME_WAIT 状态可以通过优化服务器参数得到解决,因为发生TIME_WAIT的情况是服务器自己可控的,要么就是对方连接的异常,要么就是自己没有迅速回收资源,总之不是由于自己程序错误导致的
强制关闭,发送 RST 包越过TIMEWAIT状态,直接进入CLOSED状态
Q:服务器出现了大量 CLOSE_WAIT 状态如何解决?
大量 CLOSE_WAIT 表示程序出现了问题,对方的 socket 已经关闭连接,而我方忙于读或写没有及时关闭连接,需要检查代码,特别是释放资源的代码,或者是处理请求的线程配置。
Q:服务端会有一个TIME_WAIT状态吗?如果是服务端主动断开连接呢?

  • 发起链接的主动方基本都是客户端,但是断开连接的主动方服务器和客户端都可以充当,也就是说,只要是主动断开连接的,就会有 TIME_WAIT状态

  • 四次挥手是指断开一个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

  • 由于TCP连接时全双工的,因此,每个方向的数据传输通道都必须要单独进行关闭。

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加:2021-07-11 16:55:33  更:2021-07-11 16:57:00 
 
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