TCP报文格式

TCP报文格式图：

上图中有机字段需要重点介绍下：

（1）序号：Seq序号，占位32位，用来表示从TCP源端发送的字节流，发送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、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：接受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。

1、三次握手

三次握手（Three-way Handshake）其实就是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。进行三次握手的主要作用就是为了确认双方的接收能力和发送能力是否正常、指定自己的初始化序列号为后面的可靠性传送做准备。实质上其实就是连接服务器指定端口，建立TCP连接，并同步连接双方的序列号和确认号，交换TCP窗口大小信息。

刚开始客户端处于 Closed 的状态，服务端处于 Listen 状态。

整个流程如下图所示：

TCP(Transmission Control Protocol)　传输控制协议。

TCP是主机对主机层的传输控制协议，提供可靠的连接服务，采用三次握手确认建立一个连接。

位码即tcp标志位,有6种标示:

SYN(synchronous建立联机)

ACK(acknowledgement 确认)

PSH(push传送)

FIN(finish结束)

RST(reset重置)

URG(urgent紧急)

Sequence number(顺序号码)

Acknowledge number(确认号码)

establish 建立，创建

过程参数解释：

SYN：同步序列编号，是TCP/IP建立连接时使用的握手信号。

seq：序列号，为了连接以后传送数据使用。

ACK：确认值。

ack：确认号，对收到的数据包的确认，值是等待接收的数据包的序列号。

进行三次握手：

第一次握手：

Client的应用进程主动打开，将标志位SYN置为1，随机产生一个seq=x，并将数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。

第二次握手：

Server应用进程被动打开，Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，若同意客户端的请求，则发回确认报文，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack(number)=x+1，随机产生一个值seq=y，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。

第三次握手：

Client收到确认报文之后，检查ack是否为x+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=y+1，通知上层应用进程连接已建立，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为y+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。

为什么要3次握手？

原理解释

三次握手主要作用就是为了确认双方的接收能力和发送能力是否正常。

第一次握手，Client向Server发送请求报文，Server成功收到。得出结论：Server可以确认Client发送功能正常，Client可以确认Server接受功能正常；

第二次握手，Server向Client发送确认报文，Client成功收到。得出结论：Client可以确认Server发送功能正常，但是此时Server不可以确认Client的接收功能正常；

第三次握手，Client成功收到Server的确认报文后，Client向Server发送确认报问，Server成功收到。得出结论：Server就可以确认Client已经接受到了确认报文，并确认Client接受功能正常。

因此，需要三次握手才能完整的确认双方的接收能力和发送能力是否正常。

试想，如果是两次握手，则会出现下面这种情况：

Client端向Server端发送请求连接报文，假设因为网络堵塞，这一条数据包滞留在了网络链路中，但是TCP连接的整个过程有超时重传机制，当这条报文久久没有到达Server端，Client收不到确认，Client就会知道这条数据包没有发出去，就再次发送同样一个建立TCP连接的请求报文，这次Server收到了并进行了确认，建立了连接。如果在用完了这个连接后将其销毁了，这个时候刚刚滞留的那条请求突然又生效了，因为是某种原因使这条请求阻塞，滞留在了网络中，之后网络比较通畅了，又到达了Server，有这种可能。此时server发送请求报文，如果没有第三次握手这条再次确认的报文，那么TCP连接又会再次建立，但是这一条连接已经不需要建立了，因为这次连接已经重新传了一次，建立好了，又被释放了，就等于已经用完了，但是这次它重新到达后，没有这条再次确认的报文，又重新建立起了一个连接，所以这样就是不合理的，就出现了第三次握手再次确认，因此，这条滞留的报文到达Server端后，Server向Client发送确认，但是Client不会发送确认，Server就不会进行处理，也就不会建立连接。并且，不采用三次握手，只要服务端发出确认，就建立新的连接了，此时客户端忽略服务端发来的确认，也不发送数据，则服务端一致等待客户端发送数据，浪费资源。

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包将长时间占用未连接队列，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攻击是一种典型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 -nltup | grep SYN_RECV

2、四次挥手

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：

由于TCP连接是全双工的，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来终止这一个方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，既不会再收到数据了，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

为什么要4次挥手？

确保数据能够完整传输。

当被动方收到主动方的FIN报文通知时，它仅仅表示主动方没有数据再发送给被动方了。但未必被动方所有的数据都完整的发送给主动方，所以被动方不会马上关闭SOCKET，它可能还需要发送一些数据给主动方后，再发送FIN报文给主动方，告诉主动方同意关闭连接，所以这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

第一次挥手：

数据传输结束以后，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），此时本次连接就进入了半关闭状态，客户端不再向服务器发送数据。而服务器端仍会继续发送。Server进入CLOSE_WAIT状态。

第三次挥手：

若服务器已经没有要向客户端发送的数据，其应用进程就通知Server释放TCP连接，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TIMEWAIT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。

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。

为什么第三次挥手后连接全部都已经关闭了 ，Client最后还有TIME-WAIT状态，要等待一定时间呢？

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。

为什么第三次挥手后连接全部都已经关闭了 ，Client最后还有TIME-WAIT状态，要等待一定时间呢？

这是因为在整个发送连接的过程中，第四次挥手Client发送的确认包Server可能没有收到， Server没有收到确认的数据包，就会认为自己发送的关闭的数据包没有发出去，所以Client才没有发送确认的数据包，那么Server就会再次发送一个关闭的数据包，如果没有TIME-WAIT状态的等待时长，即使Server没有收到第四次挥手的确认报文，连接也会关闭，Server再次发送的关闭的数据包，Client也就收不到 ，那么第四次挥手发送的确认的数据包就会丢失。

参考文章:

https://mp.weixin.qq.com/s/mH0vYUNjOS3bK3sViy1PuA
https://zhuanlan.zhihu.com/p/86426969?utm_source=wechat_session&utm_medium=social&utm_oi=1124108456877166592
https://www.bilibili.com/video/BV1QJ411T7ce?from=search&seid=16819435218235557833
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