TCP三次握手四次揮手詳解
相對於SOCKET開發者,TCP創建過程和鏈接折除過程是由TCP/IP協議棧自動創建的.因此開發者並不需要控制這個過程.但是對於理解TCP底層運作機制,相當有幫助.
而且對於有網絡協議工程師之類筆試,幾乎是必考的內容.企業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，並重復講一次，下午幾乎每一個人都被問到這個問題。
因此在這裏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,並同步連接雙方的序列號和確認號並交換 TCP 窗口大小信息.在socket編程中，客戶端執行connect()時。將觸發三次握手。
第一次握手:
客戶端發送一個TCP的SYN標誌位置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)字段裏。
第二次握手:
服務器發回確認包(ACK)應答。即SYN標誌位和ACK標誌位均爲1同時，將確認序號(Acknowledgement Number)設置爲客戶的I S N加1以.即X+1。
第三次握手.
客戶端再次發送確認包(ACK) SYN標誌位爲0,ACK標誌位爲1.並且把服務器發來ACK的序號字段+1,放在確定字段中發送給對方.並且在數據段放寫ISN的+1
SYN攻擊
在三次握手過程中，服務器發送SYN-ACK之後，收到客戶端的ACK之前的TCP連接稱爲半連接(half-open connect).此時服務器處於Syn_RECV狀態.當收到ACK後，服務器轉入ESTABLISHED狀態.
Syn攻擊就是 攻擊客戶端 在短時間內僞造大量不存在的IP地址，向服務器不斷地發送syn包，服務器回覆確認包，並等待客戶的確認，由於源地址是不存在的，服務器需要不斷的重發直 至超時，這些僞造的SYN包將長時間佔用未連接隊列，正常的SYN請求被丟棄，目標系統運行緩慢，嚴重者引起網絡堵塞甚至系統癱瘓。
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協議棧都對這一過程進行修正來防範Syn攻擊，修改tcp協議實現。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.
但是不能完全防範syn攻擊。
TCP 四次揮手
TCP的連接的拆除需要發送四個包，因此稱爲四次揮手(four-way handshake)。客戶端或服務器均可主動發起揮手動作，在socket編程中，任何一方執行close()操作即可產生揮手操作。
第二部分：補充tcp連接過程
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，如圖1所示。
(1) 第一次握手：建立連接時，客戶端A發送SYN包(SYN=j)到服務器B，並進入SYN_SEND狀態，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)，同時自己也發送一個SYN包(SYN=k)，即SYN+ACK包，此時服務器B進入SYN_RECV狀態。
(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發送確認包ACK(ACK=k+1)，此包發送完畢，客戶端A和服務器B進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手。
完成三次握手，客戶端與服務器開始傳送數據。
圖1 TCP三次握手建立連接
由於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據發送任務後就能發送一個FIN來終止這個方向的連接。收到一個 FIN只意味着這一方向上沒有數據流動，一個TCP連接在收到一個FIN後仍能發送數據。首先進行關閉的一方將執行主動關閉，而另一方執行被動關閉。
（1）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(報文段4)。
（2）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(報文段5)。和SYN一樣，一個FIN將佔用一個序號。
（3）服務器B關閉與客戶端A的連接，發送一個FIN給客戶端A(報文段6)。
（4）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(報文段7)。
TCP採用四次揮手關閉連接如圖2所示。
圖2 TCP四次揮手關閉連接
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報文的連接請求後，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，所以你可能未必會馬上會關閉SOCKET,也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？
這個問題可以參考《unix 網絡編程》（第三版，2.7 TIME_WAIT狀態）。
TIME_WAIT狀態由兩個存在的理由。
（1）可靠的實現TCP全雙工鏈接的終止。
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。
（2）允許老的重複的分節在網絡中消逝。
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，過一段時間後在 相同的IP地址和端口建立另一個連接。後一個鏈接成爲前一個的化身。因爲它們的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複分組在連 接已經終止後再現，從而被誤解成屬於同一鏈接的某一個某一個新的化身。爲做到這一點，TCP將不給處於TIME_WAIT狀態的鏈接發起新的化身。既然 TIME_WAIT狀態的持續時間是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複分組都已經在網絡中消逝了。
3. 爲什麼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，既要雙方做好發送數據的準備工作(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商，這個序列號在握手過程中被髮送和確認。
現在把三次握手改成僅需要兩次握手，死鎖是可能發生的。作爲例子，考慮計算機S和C之間的通信，假定C給S發送一個連接請求分組，S收到了這個分組，併發 送了確認應答分組。按照兩次握手的協定，S認爲連接已經成功地建立了，可以開始發送數據分組。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建立什麼樣的序列號，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認爲連接還未建立成功，將忽略S發來的任何數據分 組，只等待連接確認應答分組。而S在發出的分組超時後，重複發送同樣的分組。這樣就形成了死鎖。
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認爲連接還未建立成功，將忽略S發來的任何數據分 組，只等待連接確認應答分組。而S在發出的分組超時後，重複發送同樣的分組。這樣就形成了死鎖。