TCP三次握手與四次揮手及Socket編寫
http://www.360doc.com/content/12/1204/10/9220372_252012979.shtml
https://www.cnblogs.com/tomato0906/articles/4696932.html
1.三次握手原理：
TCP握手協議
在TCP/IP協議中，TCP協議提供可靠的連接服務，採用三次握手建立一個連接。
第一次握手：建立連接時，客戶端發送syn包(syn=j)到服務器，並進入SYN_SEND狀態，等待服務器確認； （客戶端問服務器：你愛我嗎？）
第二次握手：服務器收到syn包，必須確認客戶的SYN（ack=j+1），同時自己也發送一個SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時服務器進入SYN_RECV狀態；（服務器回答：我愛你，你也愛我嗎？）
第三次握手：客戶端收到服務器的SYN＋ACK包，向服務器發送確認包ACK(ack=k+1)，此包發送完畢，客戶端和服務器進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手。 （客戶端回答：我愛你，你也愛我，那我們結婚吧！（ESTABLISHED））
完成三次握手，客戶端與服務器開始傳送數據，在上述過程中，還有一些重要的概念：
未連接隊列：在三次握手協議中，服務器維護一個未連接隊列，該隊列爲每個客戶端的SYN包（syn=j）開設一個條目，該條目表明服務器已收到SYN包，並向客戶發出確認，正在等待客戶的確認包。這些條目所標識的連接在服務器處於Syn_RECV狀態，當服務器收到客戶的確認包時，刪除該條目，服務器進入ESTABLISHED狀態。
Backlog參數：表示未連接隊列的最大容納數目。
SYN-ACK 重傳次數 服務器發送完SYN－ACK包，如果未收到客戶確認包，服務器進行首次重傳，等待一段時間仍未收到客戶確認包，進行第二次重傳，如果重傳次數超過系統規定的最大重傳次數，系統將該連接信息從半連接隊列中刪除。注意，每次重傳等待的時間不一定相同。
半連接存活時間：是指半連接隊列的條目存活的最長時間，也即服務從收到SYN包到確認這個報文無效的最長時間，該時間值是所有重傳請求包的最長等待時間總和。有時我們也稱半連接存活時間爲Timeout時間、SYN_RECV存活時間。
2.四次揮手原理：
TCP的終止通過雙方的四次握手實現。發起終止的一方執行主動關閉，響應的另一方執行被動關閉。
- 發起方(client)更改狀態爲FIN_WAIT_1，關閉應用程序進程，發出一個TCP的FIN段；
- 接收方收到FIN段，返回一個帶確認序號的ACK，同時向自己對應的進程發送一個文件結束符EOF，同時更改狀態爲CLOSE_WAIT(server)，發起方接到ACK後狀態更改爲FIN_WAIT_2(client)；
- 接收方關閉應用程序進程，更改狀態爲LAST_ACK(server)，並向對方發出一個TCP的FIN段；
- 發起方接到FIN後狀態更改爲TIME_WAIT(client)，併發出這個FIN的ACK確認。ACK發送成功後(2MSL內)雙方TCP狀態變爲CLOSED。
我們不難看出上面的顯示的結果的意思。根據TCP協議，主動發起關閉的一方，會進入TIME_WAIT狀態(TCP實現必須可靠地終止連接的兩個方向(全雙工關閉))，持續2*MSL(Max Segment Lifetime)，缺省爲240秒.
第一次揮手：客戶端A發送一個FIN，用來關閉客戶A到服務器B的數據傳送；
第二次揮手：服務器B收到這個FIN，它發回一個ACK，確認序號爲收到的序號加1，和SYN一樣，一個FIN將佔用一個序號；
第三次揮手：服務器B關閉與客戶端A的連接，發送一個FIN給客戶端A；
第四次揮手：客戶端A發回ACK報文確認，並將確認序號設置爲收到序號加1；
客戶端主動關閉
Client------------------------------ Server
FIN_WAIT_1 -----fin m-------> CLOSE_WAIT(被動關閉)
FIN_WAIT_2 <–ack m+1-----
TIME_WAIT <------fin n------- LAST_ACK
----ack n+1 ---------------------> CLOSED
簡單的說就是
客戶端對服務器說：我不愛你了，咱們離婚吧！--------------->（FIN_WAIT_1狀態，等待迴應）
服務器說：那離婚吧，把你的東西都拿走！ --------------->（FIN_WAIT_2狀態，在關閉連接前將最後一點數據傳完）
服務器又說：咱們來個Kiss Goodbye吧！ --------------->（LAST_ACK，關閉連接，並請求最後一次確認）
客戶端迴應：波兒～ --------------> （CLOSED，完畢）
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以下問題來自網絡
1．爲什麼建立連接協議是三次握手，而關閉連接卻是四次握手呢？
這是因爲服務端的LISTEN狀態下的SOCKET當收到SYN報文的建連請求後，它可以把ACK和SYN（ACK起應答作用，而SYN起同步作用）放在一個報文裏來發送。但關閉連接時，當收到對方的FIN報文通知時，它僅僅表示對方沒有數據發送給你了；但未必你所有的數據都全部發送給對方了，所以你未必會馬上會關閉SOCKET,即你可能還需要發送一些數據給對方之後，再發送FIN報文給對方來表示你同意現在可以關閉連接了，所以它這裏的ACK報文和FIN報文多數情況下都是分開發送的。
2．爲什麼TIME_WAIT狀態還需要等2MSL後才能返回到CLOSED狀態？
注:MSL(最大分段生存期)指明TCP報文在Internet上最長生存時間，每個具體的TCP實現都必須選擇一個確定的MSL值。RFC 1122建議是2分鐘，但BSD傳統實現採用了30秒。TIME_WAIT 狀態最大保持時間是2 * MSL，也就是1-4分鐘。
TIME_WAIT的等待時間爲2MSL，即最大段生存時間.如果 TIME_WAIT 狀態保持時間不足夠長(比如小於2MSL)，第一個連接就正常終止了。第二個擁有相同相關五元組的連接出現(因爲連接終止前發起的一方可能需要重發 ACK，所以停留在該狀態的時間必須爲MSL的2倍。)，而第一個連接的重複報文到達，干擾了第二個連接。TCP實現必須防止某個連接的重複報文在連接終止後出現，所以讓TIME_WAIT態保持時間足夠長(2MSL)，連接相應方向上的TCP報文要麼完全響應完畢，要麼被丟棄。建立第二個連接的時候，不會混淆。
注:MSL(最大分段生存期)指明TCP報文在Internet上最長生存時間，每個具體的TCP實現都必須選擇一個確定的MSL值。RFC 1122建議是2分鐘，但BSD傳統實現採用了30秒。TIME_WAIT 狀態最大保持時間是2 * MSL，也就是1-4分鐘。
這是因爲雖然雙方都同意關閉連接了，而且握手的4個報文也都協調和發送完畢，按理可以直接回到CLOSED狀態（就好比從SYN_SEND狀態到 ESTABLISH狀態那樣）；但是因爲我們必須要假想網絡是不可靠的，你無法保證你最後發送的ACK報文會一定被對方收到，因此對方處於 LAST_ACK狀態下的SOCKET可能會因爲超時未收到ACK報文，而重發FIN報文，所以這個TIME_WAIT狀態的作用就是用來重發可能丟失的 ACK報文。
3.SYN攻擊
實例：
攻擊主機C(地址僞裝後爲C’)-----大量SYN包---->被攻擊主機
C’<-------SYN/ACK包----被攻擊主機
由於C’地址不可達，被攻擊主機等待SYN包超時。攻擊主機通過發大量SYN包填滿未連接隊列，導致正常SYN包被拒絕服務。另外，SYN洪水攻擊還可以通過發大量ACK包進行DoS攻擊。
from：http://blog.chinaunix.net/uid-20665441-id-305439.html
如何編寫Socket套接字？（程序員面試寶典）
答案：服務器端程序編寫：
（1） 調用ServerSocket（int port）創建一個服務器套接字，並綁定到指定端口上。
（2） 調用accept（），監聽連接請求，接收連接，返回通信套接字。
（3） 調用Socket類的getOutStream（）和getInputStream獲取輸出流和輸入流，開始網絡數據的發送和接收。
（4） 關閉通信套接字Socket.close( )。
客戶端程序編寫：
（1）調用Socket（）創建一個流套接字，並連接到服務器端。
（2）調用Socket類的getOutStream（）和getInputStream獲取輸出流和輸入流，開始網絡數據的發送和接收。
（3）關閉通信套接字Socket.close( )。
Socket套接字程序編寫步驟
服務器端程序的編寫步驟：
第一步：調用socket()函數創建一個用於通信的套接字。
第二步：給已經創建的套接字綁定一個端口號，這一般通過設置網絡套接口地址和調用bind()函數來實現。
第三步：調用listen()函數使套接字成爲一個監聽套接字。
第四步：調用accept()函數來接受客戶端的連接，這是就可以和客戶端通信了。
第五步：處理客戶端的連接請求。
第六步：終止連接。
客戶端程序編寫步驟：
第一步：調用socket()函數創建一個用於通信的套接字。
第二步：通過設置套接字地址結構，說明客戶端與之通信的服務器的IP地址和端口號。
第三步：調用connect()函數來建立與服務器的連接。
第四步：調用讀寫函數發送或者接收數據。
第五步：終止連接。
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**CLOSED**: 這個沒什麼好說的了，表示初始狀態。
LISTEN: 這個也是非常容易理解的一個狀態，表示服務器端的某個SOCKET處於監聽狀態，可以接受連接了。
SYN_RCVD: 這個狀態表示接受到了SYN報文，在正常情況下，這個狀態是服務器端的SOCKET在建立TCP連接時的三次握手會話過程中的一箇中間狀態，很短暫，基本 上用netstat你是很難看到這種狀態的，除非你特意寫了一個客戶端測試程序，故意將三次TCP握手過程中最後一個ACK報文不予發送。因此這種狀態 時，當收到客戶端的ACK報文後，它會進入到ESTABLISHED狀態。
SYN_SENT: 這個狀態與SYN_RCVD遙想呼應，當客戶端SOCKET執行CONNECT連接時，它首先發送SYN報文，因此也隨即它會進入到了SYN_SENT狀 態，並等待服務端的發送三次握手中的第2個報文。SYN_SENT狀態表示客戶端已發送SYN報文。
ESTABLISHED：這個容易理解了，表示連接已經建立了。
FIN_WAIT_1: 這個狀態要好好解釋一下，其實FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2狀態的真正含義都是表示等待對方的FIN報文。而這兩種狀態的區別 是：FIN_WAIT_1狀態實際上是當SOCKET在ESTABLISHED狀態時，它想主動關閉連接，向對方發送了FIN報文，此時該SOCKET即 進入到FIN_WAIT_1狀態。而當對方迴應ACK報文後，則進入到FIN_WAIT_2狀態，當然在實際的正常情況下，無論對方何種情況下，都應該馬 上回應ACK報文，所以FIN_WAIT_1狀態一般是比較難見到的，而FIN_WAIT_2狀態還有時常常可以用netstat看到。
FIN_WAIT_2：上面已經詳細解釋了這種狀態，實際上FIN_WAIT_2狀態下的SOCKET，表示半連接，也即有一方要求close連接，但另外還告訴對方，我暫時還有點數據需要傳送給你，稍後再關閉連接。
TIME_WAIT： 表示收到了對方的FIN報文，併發送出了ACK報文，就等2MSL後即可回到CLOSED可用狀態了。如果FIN_WAIT_1狀態下，收到了對方同時帶 FIN標誌和ACK標誌的報文時，可以直接進入到TIME_WAIT狀態，而無須經過FIN_WAIT_2狀態。
CLOSING: 這種狀態比較特殊，實際情況中應該是很少見，屬於一種比較罕見的例外狀態。正常情況下，當你發送FIN報文後，按理來說是應該先收到（或同時收到）對方的 ACK報文，再收到對方的FIN報文。但是CLOSING狀態表示你發送FIN報文後，並沒有收到對方的ACK報文，反而卻也收到了對方的FIN報文。什 麼情況下會出現此種情況呢？其實細想一下，也不難得出結論：那就是如果雙方幾乎在同時close一個SOCKET的話，那麼就出現了雙方同時發送FIN報 文的情況，也即會出現CLOSING狀態，表示雙方都正在關閉SOCKET連接。
CLOSE_WAIT: 這種狀態的含義其實是表示在等待關閉。怎麼理解呢？當對方close一個SOCKET後發送FIN報文給自己，你係統毫無疑問地會迴應一個ACK報文給對 方，此時則進入到CLOSE_WAIT狀態。接下來呢，實際上你真正需要考慮的事情是察看你是否還有數據發送給對方，如果沒有的話，那麼你也就可以 close這個SOCKET，發送FIN報文給對方，也即關閉連接。所以你在CLOSE_WAIT狀態下，需要完成的事情是等待你去關閉連接。
LAST_ACK: 這個狀態還是比較容易好理解的，它是被動關閉一方在發送FIN報文後，最後等待對方的ACK報文。當收到ACK報文後，也即可以進入到CLOSED可用狀態了。
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