相對于SOCKET開發(fā)者,TCP創(chuàng)建過程和鏈接折除過程是由TCP/IP協(xié)議棧自動創(chuàng)建的.因此開發(fā)者并不需要控制這個過程.但是對于理解TCP底層運作機制,相當有幫助.

而且對于有網(wǎng)絡協(xié)議工程師之類筆試,幾乎是必考的內(nèi)容.企業(yè)對這個問題熱情之高,出乎我的意料：-）。有時上午面試前強調這個問題，并重復講一次，下午幾乎每一個人都被問到這個問題。

因此在這里詳細解釋一下這兩個過程。

TCP三次握手

所謂三次握手(Three-way Handshake)，是指建立一個TCP連接時，需要客戶端和服務器總共發(fā)送3個包。

三次握手的目的是連接服務器指定端口，建立TCP連接,并同步連接雙方的序列號和確認號并交換 TCP 窗口大小信息.在socket編程中，客戶端執(zhí)行connect()時。將觸發(fā)三次握手。

第一次握手:
客戶端發(fā)送一個TCP的SYN標志位置1的包指明客戶打算連接的服務器的端口，以及初始序號X,保存在包頭的序列號(Sequence Number)字段里。

第二次握手:
服務器發(fā)回確認包(ACK)應答。即SYN標志位和ACK標志位均為1同時，將確認序號(Acknowledgement Number)設置為客戶的I S N加1以.即X+1。

第三次握手.
客戶端再次發(fā)送確認包(ACK) SYN標志位為0,ACK標志位為1.并且把服務器發(fā)來ACK的序號字段+1,放在確定字段中發(fā)送給對方.并且在數(shù)據(jù)段放寫ISN的+1

SYN攻擊
在三次握手過程中，服務器發(fā)送SYN-ACK之后，收到客戶端的ACK之前的TCP連接稱為半連接(half-open connect).此時服務器處于Syn_RECV狀態(tài).當收到ACK后，服務器轉入ESTABLISHED狀態(tài).
Syn攻擊就是 攻擊客戶端 在短時間內(nèi)偽造大量不存在的IP地址，向服務器不斷地發(fā)送syn包，服務器回復確認包，并等待客戶的確認，由于源地址是不存在的，服務器需要不斷的重發(fā)直 至超時，這些偽造的SYN包將長時間占用未連接隊列，正常的SYN請求被丟棄，目標系統(tǒng)運行緩慢，嚴重者引起網(wǎng)絡堵塞甚至系統(tǒng)癱瘓。
Syn攻擊是一個典型的DDOS攻擊。檢測SYN攻擊非常的方便，當你在服務器上看到大量的半連接狀態(tài)時，特別是源IP地址是隨機的，基本上可以斷定這是一次SYN攻擊.在Linux下可以如下命令檢測是否被Syn攻擊
netstat -n -p TCP | grep SYN_RECV
一般較新的TCP/IP協(xié)議棧都對這一過程進行修正來防范Syn攻擊，修改tcp協(xié)議實現(xiàn)。主要方法有SynAttackProtect保護機制、SYN cookies技術、增加最大半連接和縮短超時時間等.
但是不能完全防范syn攻擊。
TCP 四次揮手
TCP的連接的拆除需要發(fā)送四個包，因此稱為四次揮手(four-way handshake)。客戶端或服務器均可主動發(fā)起揮手動作，在socket編程中，任何一方執(zhí)行close()操作即可產(chǎn)生揮手操作。

參見wireshark抓包，實測的抓包結果并沒有嚴格按揮手時序。我估計是時間間隔太短造成。
注意上面的字段標號地段和發(fā)送接收的內(nèi)容序號，可能有個有錯，記不住哪個了，后頭要細看看

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第二部分：補充tcp連接過程

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在TCP/IP協(xié)議中，TCP協(xié)議提供可靠的連接服務，采用三次握手建立一個連接，如圖1所示。

?(1) 第一次握手：建立連接時，客戶端A發(fā)送SYN包(SYN=j)到服務器B，并進入SYN_SEND狀態(tài)，等待服務器B確認。

?(2) 第二次握手：服務器B收到SYN包，必須確認客戶A的SYN(ACK=j+1)，同時自己也發(fā)送一個SYN包(SYN=k)，即SYN+ACK包，此時服務器B進入SYN_RECV狀態(tài)。

?(3) 第三次握手：客戶端A收到服務器B的SYN＋ACK包，向服務器B發(fā)送確認包ACK(ACK=k+1)，此包發(fā)送完畢，客戶端A和服務器B進入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手。

完成三次握手，客戶端與服務器開始傳送數(shù)據(jù)。

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?????????????????????????????? 圖1 TCP三次握手建立連接

由于TCP連接是全雙工的，因此每個方向都必須單獨進行關閉。這個原則是當一方完成它的數(shù)據(jù)發(fā)送任務后就能發(fā)送一個FIN來終止這個方向的連接。收到一個 FIN只意味著這一方向上沒有數(shù)據(jù)流動，一個TCP連接在收到一個FIN后仍能發(fā)送數(shù)據(jù)。首先進行關閉的一方將執(zhí)行主動關閉，而另一方執(zhí)行被動關閉。

（1）客戶端A發(fā)送一個FIN，用來關閉客戶A到服務器B的數(shù)據(jù)傳送(報文段4)。

（2）服務器B收到這個FIN，它發(fā)回一個ACK，確認序號為收到的序號加1(報文段5)。和SYN一樣，一個FIN將占用一個序號。

（3）服務器B關閉與客戶端A的連接，發(fā)送一個FIN給客戶端A(報文段6)。

（4）客戶端A發(fā)回ACK報文確認，并將確認序號設置為收到序號加1(報文段7)。

TCP采用四次揮手關閉連接如圖2所示。

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???????????????????????????????圖2 ?TCP四次揮手關閉連接

1．為什么建立連接協(xié)議是三次握手，而關閉連接卻是四次握手呢？

這是因為服務端的LISTEN狀態(tài)下的SOCKET當收到SYN報文的連接請求后，它可以把ACK和SYN(ACK起應答作用，而SYN起同步作用)放在一個報文里來發(fā)送。但關閉連接時，當收到對方的FIN報文通知時，它僅僅表示對方?jīng)]有數(shù)據(jù)發(fā)送給你了；但未必你所有的數(shù)據(jù)都全部發(fā)送給對方了，所以你可能未必會馬上會關閉SOCKET,也即你可能還需要發(fā)送一些數(shù)據(jù)給對方之后，再發(fā)送FIN報文給對方來表示你同意現(xiàn)在可以關閉連接了，所以它這里的ACK報文和FIN報文多數(shù)情況下都是分開發(fā)送的。

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2．為什么TIME_WAIT狀態(tài)還需要等2MSL后才能返回到CLOSED狀態(tài)？

這個問題可以參考《unix 網(wǎng)絡編程》（第三版，2.7 TIME_WAIT狀態(tài)）。

TIME_WAIT狀態(tài)由兩個存在的理由。

（1）可靠的實現(xiàn)TCP全雙工鏈接的終止。

這是因為雖然雙方都同意關閉連接了，而且握手的4個報文也都協(xié)調和發(fā)送完畢，按理可以直接回到CLOSED狀態(tài)（就好比從SYN_SEND狀態(tài)到ESTABLISH狀態(tài)那樣）；但是因為我們必須要假想網(wǎng)絡是不可靠的，你無法保證你最后發(fā)送的ACK報文會一定被對方收到，因此對方處于LAST_ACK狀態(tài)下的SOCKET可能會因為超時未收到ACK報文，而重發(fā)FIN報文，所以這個TIME_WAIT狀態(tài)的作用就是用來重發(fā)可能丟失的ACK報文。

?（2）允許老的重復的分節(jié)在網(wǎng)絡中消逝。

假 設在12.106.32.254的1500端口和206.168.1.112.219的21端口之間有一個TCP連接。我們關閉這個鏈接，過一段時間后在 相同的IP地址和端口建立另一個連接。后一個鏈接成為前一個的化身。因為它們的IP地址和端口號都相同。TCP必須防止來自某一個連接的老的重復分組在連 接已經(jīng)終止后再現(xiàn)，從而被誤解成屬于同一鏈接的某一個某一個新的化身。為做到這一點，TCP將不給處于TIME_WAIT狀態(tài)的鏈接發(fā)起新的化身。既然 TIME_WAIT狀態(tài)的持續(xù)時間是MSL的2倍，這就足以讓某個方向上的分組最多存活msl秒即被丟棄，另一個方向上的應答最多存活msl秒也被丟棄。 通過實施這個規(guī)則，我們就能保證每成功建立一個TCP連接時。來自該鏈接先前化身的重復分組都已經(jīng)在網(wǎng)絡中消逝了。

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3. 為什么不能用兩次握手進行連接？

我們知道，3次握手完成兩個重要的功能，既要雙方做好發(fā)送數(shù)據(jù)的準備工作(雙方都知道彼此已準備好)，也要允許雙方就初始序列號進行協(xié)商，這個序列號在握手過程中被發(fā)送和確認。
??? 現(xiàn)在把三次握手改成僅需要兩次握手，死鎖是可能發(fā)生的。作為例子，考慮計算機S和C之間的通信，假定C給S發(fā)送一個連接請求分組，S收到了這個分組，并發(fā) 送了確認應答分組。按照兩次握手的協(xié)定，S認為連接已經(jīng)成功地建立了，可以開始發(fā)送數(shù)據(jù)分組。可是，C在S的應答分組在傳輸中被丟失的情況下，將不知道S 是否已準備好，不知道S建立什么樣的序列號，C甚至懷疑S是否收到自己的連接請求分組。在這種情況下，C認為連接還未建立成功，將忽略S發(fā)來的任何數(shù)據(jù)分 組，只等待連接確認應答分組。而S在發(fā)出的分組超時后，重復發(fā)送同樣的分組。這樣就形成了死鎖。

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補充：

a. 默認情況下(不改變socket選項)，當你調用close( or closesocket，以下說close不再重復)時，如果發(fā)送緩沖中還有數(shù)據(jù)，TCP會繼續(xù)把數(shù)據(jù)發(fā)送完。

b. 發(fā)送了FIN只是表示這端不能繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)(應用層不能再調用send發(fā)送)，但是還可以接收數(shù)據(jù)。

c. 應用層如何知道對端關閉？通常，在最簡單的阻塞模型中，當你調用recv時，如果返回0，則表示對端關閉。在這個時候通常的做法就是也調用close，那么TCP層就發(fā)送FIN，繼續(xù)完成四次握手。如果你不調用close，那么對端就會處于FIN_WAIT_2狀態(tài)，而本端則會處于CLOSE_WAIT狀態(tài)。這個可以寫代碼試試。

d. 在很多時候，TCP連接的斷開都會由TCP層自動進行，例如你CTRL+C終止你的程序，TCP連接依然會正常關閉，你可以寫代碼試試。

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插曲：

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?? 特別的TIME_WAIT狀態(tài)：

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?? 從以上TCP連接關閉的狀態(tài)轉換圖可以看出，主動關閉的一方在發(fā)送完對對方FIN報文的確認(ACK)報文后，會進入TIME_WAIT狀態(tài)。TIME_WAIT狀態(tài)也稱為2MSL狀態(tài)。

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?? 什么是2MSL？MSL即Maximum Segment Lifetime，也就是報文最大生存時間，引用《TCP/IP詳解》中的話：“它(MSL)是任何報文段被丟棄前在網(wǎng)絡內(nèi)的最長時間。”那么，2MSL也就是這個時間的2倍。其實我覺得沒必要把這個MSL的確切含義搞明白，你所需要明白的是，當TCP連接完成四個報文段的交換時，主動關閉的一方將繼續(xù)等待一定時間(2-4分鐘)，即使兩端的應用程序結束。你可以寫代碼試試，然后用setstat查看下。

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?? 為什么需要2MSL？根據(jù)《TCP/IP詳解》和《The TCP/IP Guide》中的說法，有兩個原因：

?? 其一，保證發(fā)送的ACK會成功發(fā)送到對方，如何保證？我覺得可能是通過超時計時器發(fā)送。這個就很難用代碼演示了。

?? 其二，報文可能會被混淆，意思是說，其他時候的連接可能會被當作本次的連接。直接引用《The TCP/IP Guide》的說法：The second is to provide a “buffering period” between the end of this connection and any subsequent ones. If not for this period, it is possible that packets from different connections could be mixed, creating confusion.

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?? TIME_WAIT狀態(tài)所帶來的影響：

?? 當某個連接的一端處于TIME_WAIT狀態(tài)時，該連接將不能再被使用。事實上，對于我們比較有現(xiàn)實意義的是，這個端口將不能再被使用。某個端口處于TIME_WAIT狀態(tài)(其實應該是這個連接)時，這意味著這個TCP連接并沒有斷開(完全斷開)，那么，如果你bind這個端口，就會失敗。對于服務器而言，如果服務器突然crash掉了，那么它將無法再2MSL內(nèi)重新啟動，因為bind會失敗。解決這個問題的一個方法就是設置socket的SO_REUSEADDR選項。這個選項意味著你可以重用一個地址。

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?? 對于TIME_WAIT的插曲：

?? 當建立一個TCP連接時，服務器端會繼續(xù)用原有端口監(jiān)聽，同時用這個端口與客戶端通信。而客戶端默認情況下會使用一個隨機端口與服務器端的監(jiān)聽端口通信。有時候，為了服務器端的安全性，我們需要對客戶端進行驗證，即限定某個IP某個特定端口的客戶端。客戶端可以使用bind來使用特定的端口。對于服務器端，當設置了SO_REUSEADDR選項時，它可以在2MSL內(nèi)啟動并listen成功。但是對于客戶端，當使

用bind并設置SO_REUSEADDR時，如果在2MSL內(nèi)啟動，雖然bind會成功，但是在windows平臺上connect會失敗。而在linux上則不存在這個問題。(我的實驗平臺：winxp, ubuntu7.10)

??? 要解決windows平臺的這個問題，可以設置SO_LINGER選項。SO_LINGER選項決定調用close時TCP的行為。SO_LINGER涉及到linger結構體，如果設置結構體中l(wèi)_onoff為非0，l_linger為0，那么調用close時TCP連接會立刻斷開，TCP不會將發(fā)送緩沖中未發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送，而是立即發(fā)送一個RST報文給對方，這個時候TCP連接就不會進入TIME_WAIT狀態(tài)。如你所見，這樣做雖然解決了問題，但是并不安全。通過以上方式設置SO_LINGER狀態(tài)，等同于設置SO_DONTLINGER狀態(tài)。

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??? 斷開連接時的意外：

??? 這個算不上斷開連接時的意外，當TCP連接發(fā)生一些物理上的意外情況時，例如網(wǎng)線斷開，linux上的TCP實現(xiàn)會依然認為該連接有效，而windows則會在一定時間后返回錯誤信息。這似乎可以通過設置SO_KEEPALIVE選項來解決，不過不知道這個選項是否對于所有平臺都有效。

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第三部分：常見面試題

• • TCP協(xié)議和UDP協(xié)議的區(qū)別是什么
    • TCP協(xié)議是有連接的，有連接的意思是開始傳輸實際數(shù)據(jù)之前TCP的客戶端和服務器端必須通過三次握手建立連接，會話結束之后也要結束連接。而UDP是無連接的
    • TCP協(xié)議保證數(shù)據(jù)按序發(fā)送，按序到達，提供超時重傳來保證可靠性，但是UDP不保證按序到達，甚至不保證到達，只是努力交付，即便是按序發(fā)送的序列，也不保證按序送到。
    • TCP協(xié)議所需資源多，TCP首部需20個字節(jié)（不算可選項），UDP首部字段只需8個字節(jié)。
    • TCP有流量控制和擁塞控制，UDP沒有，網(wǎng)絡擁堵不會影響發(fā)送端的發(fā)送速率
    • TCP是一對一的連接，而UDP則可以支持一對一，多對多，一對多的通信。
    • TCP面向的是字節(jié)流的服務，UDP面向的是報文的服務。
    • TCP介紹和UDP介紹
  • 請詳細介紹一下TCP協(xié)議建立連接和終止連接的過程？
    • 助于理解的一段話
    • 兩幅圖（來源）：
      • 建立連接：三次握手
      • 關閉連接：四次揮手
  • 三次握手建立連接時，發(fā)送方再次發(fā)送確認的必要性？
    • • 主 要是為了防止已失效的連接請求報文段突然又傳到了B,因而產(chǎn)生錯誤。假定出現(xiàn)一種異常情況，即A發(fā)出的第一個連接請求報文段并沒有丟失，而是在某些網(wǎng)絡結 點長時間滯留了，一直延遲到連接釋放以后的某個時間才到達B，本來這是一個早已失效的報文段。但B收到此失效的連接請求報文段后，就誤認為是A又發(fā)出一次 新的連接請求，于是就向A發(fā)出確認報文段，同意建立連接。假定不采用三次握手，那么只要B發(fā)出確認，新的連接就建立了，這樣一直等待A發(fā)來數(shù)據(jù)，B的許多 資源就這樣白白浪費了。
  • 四次揮手釋放連接時，等待2MSL的意義？
    • • 第 一，為了保證A發(fā)送的最有一個ACK報文段能夠到達B。這個ACK報文段有可能丟失，因而使處在LAST-ACK狀態(tài)的B收不到對已發(fā)送的FIN和ACK 報文段的確認。B會超時重傳這個FIN和ACK報文段，而A就能在2MSL時間內(nèi)收到這個重傳的ACK+FIN報文段。接著A重傳一次確認。
      • 第二，就是防止上面提到的已失效的連接請求報文段出現(xiàn)在本連接中，A在發(fā)送完最有一個ACK報文段后，再經(jīng)過2MSL，就可以使本連接持續(xù)的時間內(nèi)所產(chǎn)生的所有報文段都從網(wǎng)絡中消失。

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• • 常見的應用中有哪些是應用TCP協(xié)議的，哪些又是應用UDP協(xié)議的，為什么它們被如此設計？
    • 以下應用一般或必須用udp實現(xiàn)？
      • 多播的信息一定要用udp實現(xiàn)，因為tcp只支持一對一通信。
      • 如果一個應用場景中大多是簡短的信息，適合用udp實現(xiàn)，因為udp是基于報文段的，它直接對上層應用的數(shù)據(jù)封裝成報文段，然后丟在網(wǎng)絡中，如果信息量太大，會在鏈路層中被分片，影響傳輸效率。
      • 如果一個應用場景重性能甚于重完整性和安全性，那么適合于udp，比如多媒體應用，缺一兩幀不影響用戶體驗，但是需要流媒體到達的速度快，因此比較適合用udp
      • 如果要求快速響應，那么udp聽起來比較合適
      • 如果又要利用udp的快速響應優(yōu)點，又想可靠傳輸，那么只能考上層應用自己制定規(guī)則了。
      • 常見的使用udp的例子：ICQ,QQ的聊天模塊。
    • 以qq為例的一個說明（轉載自知乎）

登陸采用TCP協(xié)議和HTTP協(xié)議，你和好友之間發(fā)送消息，主要采用UDP協(xié)議，內(nèi)網(wǎng)傳文件采用了P2P技術。總來的說：
1.登陸過程，客戶端client 采用TCP協(xié)議向服務器server發(fā)送信息，HTTP協(xié)議下載信息。登陸之后，會有一個TCP連接來保持在線狀態(tài)。
2.和好友發(fā)消息，客戶端client采用UDP協(xié)議，但是需要通過服務器轉發(fā)。騰訊為了確保傳輸消息的可靠，采用上層協(xié)議來保證可靠傳輸。如果消息發(fā)送失敗，客戶端會提示消息發(fā)送失敗，并可重新發(fā)送。
3.如果是在內(nèi)網(wǎng)里面的兩個客戶端傳文件，QQ采用的是P2P技術，不需要服務器中轉。

文章出處：https://www.cnblogs.com/zmlctt/p/3690998.html

來源:https://www.cnblogs.com/kindnull/p/10307333.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的http三次握手四次挥手详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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