tcp的报文序号，三次握手和四次挥手

亦凉 2022-04-03 15:46 617阅读 0赞

**下面是TCP报文格式图：**  
  
![理论经典：TCP协议的3次握手与4次挥手过程详解\_1.png][TCP_3_4_1.png]   
  
**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。  
（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。  
（3）标志位：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具体含义如下：  
       （A）URG：紧急指针（urgent pointer）有效。  
       （B）ACK：确认序号有效。  
       （C）PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。  
       （D）RST：重置连接。  
       （E）SYN：发起一个新连接。  
       （F）FIN：释放一个连接。  
  
**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Req+1，两端配对。

### 为什么需要序号？ ###

*  本质上是用来标志包，tcp发送过后需要确认收到接收方的确认信息才算发送成功，否则需要重新。
 *  排序：有了序号接收方才能按照序号重组和处理。
 *  安全：攻击的时候，只有正确的序号接收方才会接收。

发送包的序号可以保证传送数据包的顺序，确保了tcp的可靠性。响应包 内也包括一个序列号，表示接收方准备好接收这个序列号的包。在TCP传送一个数据包时，它会把这个数据包放入重发队列中，同时启动计时器，如果收到了关于这个 包的确认信息，便将此数据包从队列中删除，如果在计时器超时的时候仍然没有收到确认信息，则需要重新发送该数据包。另外，TCP通过数据分段中的序列号来 保证所有传输的数据可以按照正常的顺序进行重组，从而保障数据传输的完整。

### 包序号为什么是随机的？ ###

*  防止黑客猜测序列号攻击
 *  防止连接失效后SOCKET被重用使得以前残留的包被错误的接受，而且序列号以后应该

## 3次握手过程详解 ##

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，整个流程如下图所示：  
  
![理论经典：TCP协议的3次握手与4次挥手过程详解\_2.png][TCP_3_4_2.png]   
  
**（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ACK置为1，ack=J+1，作为请求的响应；并且同时需要向client请求建立连接，所以增加SYN=1和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

## 为什么不是两次握手 ##

主要存在两种说法：

1 TCP 协议的通信双方， 都必须维护一个序列号， 以标识发送出去的数据包中， 哪些是已经被对方收到的。 三次握手的过程即是通信双方相互告知序列号起始值， 并确认对方已经收到了序列号起始值的必经步骤；如果只是两次握手， 至多只有连接发起方的起始序列号能被确认， 另一方选择的序列号则得不到确认。

2建立连接的过程中因网络等原因可能存在阻塞的问题，假设是两次握手建立连接，会有如下情况发生：

客户端发出连接请求1，但此时连接请求1被阻塞了

然后客户端需要重试，翻出连接请求2，并且正常发送和建立连接了，然后通信处理完毕后，针对请求2的连接已经正常关闭。

被阻塞的请求1阻塞结束，请求1被发送到服务端，服务端此时以为又有一个请求过来了，因此会处理，并返回数据，但此时客户端并不会响应，因此就会造成连接和资源资源的浪费。为什么三次握手就没有该问题呢？

因为2次握手的时候，只要server有返回，无论client是否接收，都是完成了二次握手，所以此时如果用的是二次握手，则说明连接已经建立成功；而对三次握手，需要client返回确认信息，才成功建立连接，而上面的场景client不会响应，所以连接并不会建立。

上面的说法都是正确的，因为他们其实是2次握手会导致的两种问题。

## 4次挥手过程详解 ##

三次握手耳熟能详，四次挥手估计就少有人知道了。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，整个流程如下图所示：  
  
![理论经典：TCP协议的3次握手与4次挥手过程详解\_3.png][TCP_3_4_3.png]   
上图 第二个ack的值应该是N+1.  
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，直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭，上图描述的即是如此。

*  第一次挥手：  
    Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN\_WAIT\_1状态。
 *  第二次挥手：  
    Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE\_WAIT状态。
 *  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。
 *  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，具体流程如下图：  
  
![理论经典：TCP协议的3次握手与4次挥手过程详解\_4.png][TCP_3_4_4.png]   
  
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。

## 结语 ##

关于三次握手与四次挥手通常都会有典型的面试题，在此提出供有需求的XDJM们参考：

*  (1) 三次握手是什么流程？四次握手呢？答案前面分析就是。
 *  (2) 为什么建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？

这是因为服务端在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。而关闭连接时，当收到对方的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，己方也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即close，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，己方ACK和FIN一般都会分开发送。

借鉴与：[http://www.52im.net/thread-258-1-1.html][http_www.52im.net_thread-258-1-1.html]

[TCP_3_4_1.png]: /images/20220403/082cc18bbff14733b75ea165b861065a.png
[TCP_3_4_2.png]: /images/20220403/fb22a958fc954a0195c25b9d25f97a69.png
[TCP_3_4_3.png]: /images/20220403/d65ce1f349de4ee180b6972cc611d256.png
[TCP_3_4_4.png]: /images/20220403/73e3ff6d40f1494daa2bd168b3a6d668.png
[http_www.52im.net_thread-258-1-1.html]: http://www.52im.net/thread-258-1-1.html