【关于TCP那些事】--TCP3次握手与4次挥手

【关于TCP那些事】--TCP3次握手与4次挥手

853发表于2019-03-31

TCP是面向连接的,每对客户端到服务器之间成功连接,从建立到关闭都会经历3次握手与4次挥手的过程。

一、三次握手

(1)第一次握手:建立连接时,客户端A发送SYN包(SYN=j)到服务器B,并进入SYN_SEND状态,等待服务器B确认。
(2)第二次握手:服务器B收到SYN包,必须确认客户A的SYN(ACK=j+1),同时自己也发送一个SYN包(SYN=k),即SYN+ACK包,此时服务器B进入SYN_RECV状态。
(3)第三次握手:客户端A收到服务器B的SYN+ACK包,向服务器B发送确认包ACK(ACK=k+1),此包发送完毕,客户端A和服务器B进入ESTABLISHED状态,完成三次握手。
完成三次握手,客户端与服务器开始传送数据。

二、4次挥手

当客户端和服务器通过三次握手建立了TCP连接以后,当数据传送完毕,肯定是要断开TCP连接的啊。那对于TCP的断开连接,这里就有了神秘的“四次分手”。
  1. 第一次分手:主机1(可以使客户端,也可以是服务器端),设置Sequence Number和Acknowledgment Number,向主机2发送一个FIN报文段;此时,主机1进入FIN_WAIT_1状态;这表示主机1没有数据要发送给主机2了;
  2. 第二次分手:主机2收到了主机1发送的FIN报文段,向主机1回一个ACK报文段,Acknowledgment Number为Sequence Number加1,主机2进入CLOSE_WAIT状态;主机1进入FIN_WAIT_2状态;主机2告诉主机1,我“同意”你的关闭请求;
  3. 第三次分手:主机2向主机1发送FIN报文段,请求关闭连接,同时主机2进入LAST_ACK状态;
  4. 第四次分手:主机1收到主机2发送的FIN报文段,向主机2发送ACK报文段,然后主机1进入TIME_WAIT状态;主机2收到主机1的ACK报文段以后,就关闭连接;此时,主机1等待2MSL后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,主机1也可以关闭连接了。


  • FIN_WAIT_1: 这个状态要好好解释一下,其实FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。而这两种状态的区别是:FIN_WAIT_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时,它想主动关闭连接,向对方发送了FIN报文,此时该SOCKET即进入到FIN_WAIT_1状态。而当对方回应ACK报文后,则进入到FIN_WAIT_2状态,当然在实际的正常情况下,无论对方何种情况下,都应该马上回应ACK报文,所以FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的,而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到。(主动方)
  • FIN_WAIT_2:上面已经详细解释了这种状态,实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET,表示半连接,也即有一方要求close连接,但另外还告诉对方,我暂时还有点数据需要传送给你(ACK信息),稍后再关闭连接。(主动方)
  • CLOSE_WAIT:这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢?当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己,你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对方,此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢,实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方,如果没有的话,那么你也就可以 close这个SOCKET,发送FIN报文给对方,也即关闭连接。所以你在CLOSE_WAIT状态下,需要完成的事情是等待你去关闭连接。(被动方)
  • LAST_ACK: 这个状态还是比较容易好理解的,它是被动关闭一方在发送FIN报文后,最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后,也即可以进入到CLOSED可用状态了。(被动方)
  • TIME_WAIT: 表示收到了对方的FIN报文,并发送出了ACK报文,就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。如果FINWAIT1状态下,收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时,可以直接进入到TIME_WAIT状态,而无须经过FIN_WAIT_2状态。(主动方)
  • CLOSED: 表示连接中断。

三、TCP所有状态

LISTEN,SYN_SENT,SYN_RECV,ESTABLISHED

FIN_WAIT1,CLOSE_WAIT,FIN_WAIT2,LAST_ACK,TIME_WAIT,CLOSE


1、LISTENING状态
  FTP服务启动后首先处于侦听(LISTENING)状态。
2、ESTABLISHED状态
  ESTABLISHED的意思是建立连接。表示两台机器正在通信。
3、CLOSE_WAIT
    对方主动关闭连接或者网络异常导致连接中断,这时我方的状态会变成CLOSE_WAIT 此时我方要调用close()来使得连接正确关闭
4、TIME_WAIT
    我方主动调用close()断开连接,收到对方确认后状态变为TIME_WAITTCP协议规定TIME_WAIT状态会一直持续2MSL(即两倍的分段最大生存期),以此来确保旧的连接状态不会对新连接产生影响。处于TIME_WAIT状态的连接占用的资源不会被内核释放,所以作为服务器,在可能的情况下,尽量不要主动断开连接,以减少TIME_WAIT状态造成的资源浪费。
四、TCP重要状态
4.1 SYN_RECV
服务端收到建立连接的SYN没有收到ACK包的时候处在SYN_RECV状态。有两个相关系统配置:
1,net.ipv4.tcp_synack_retries :INTEGER
默认值是5
对于远端的连接请求SYN,内核会发送SYN + ACK数据报,以确认收到上一个 SYN连接请求包。这是所谓的三次握手( threeway handshake)机制的第二个步骤。这里决定内核在放弃连接之前所送出的 SYN+ACK 数目。不应该大于255,默认值是5,对应于180秒左右时间。通常我们不对这个值进行修改,因为我们希望TCP连接不要因为偶尔的丢包而无法建立。
2,net.ipv4.tcp_syncookies
一般服务器都会设置net.ipv4.tcp_syncookies=1来防止SYN Flood攻击。假设一个用户向服务器发送了SYN报文后突然死机或掉线,那么服务器在发出SYN+ACK应答报文后是无法收到客户端的ACK报文的(第三次握手无法完成),这种情况下服务器端一般会重试(再次发送SYN+ACK给客户端)并等待一段时间后丢弃这个未完成的连接,这段时间的长度我们称为SYN Timeout,一般来说这个时间是分钟的数量级(大约为30秒-2分钟)。
这些处在SYNC_RECV的TCP连接称为半连接,并存储在内核的半连接队列中,在内核收到对端发送的ack包时会查找半连接队列,并将符合的requst_sock信息存储到完成三次握手的连接的队列中,然后删除此半连接。大量SYNC_RECV的TCP连接会导致半连接队列溢出,这样后续的连接建立请求会被内核直接丢弃,这就是SYN Flood攻击。
能够有效防范SYN Flood攻击的手段之一,就是SYN Cookie。SYN Cookie原理由D. J. Bernstain和 Eric Schenk发明。SYN Cookie是对TCP服务器端的三次握手协议作一些修改,专门用来防范SYN Flood攻击的一种手段。它的原理是,在TCP服务器收到TCP SYN包并返回TCP SYN+ACK包时,不分配一个专门的数据区,而是根据这个SYN包计算出一个cookie值。在收到TCP ACK包时,TCP服务器在根据那个cookie值检查这个TCP ACK包的合法性。如果合法,再分配专门的数据区进行处理未来的TCP连接。
观测服务上SYN_RECV连接个数为:7314,对于一个高并发连接的通讯服务器,这个数字比较正常。
4.2 CLOSE_WAIT
发起TCP连接关闭的一方称为client,被动关闭的一方称为server。被动关闭的server收到FIN后,但未发出ACK的TCP状态是CLOSE_WAIT。出现这种状况一般都是由于server端代码的问题,如果你的服务器上出现大量CLOSE_WAIT,应该要考虑检查代码。
4.3 TIME_WAIT
根据TCP协议定义的3次握手断开连接规定,发起socket主动关闭的一方 socket将进入TIME_WAIT状态。TIME_WAIT状态将持续2个MSL(Max Segment Lifetime),在Windows下默认为4分钟,即240秒。TIME_WAIT状态下的socket不能被回收使用. 具体现象是对于一个处理大量短连接的服务器,如果是由服务器主动关闭客户端的连接,将导致服务器端存在大量的处于TIME_WAIT状态的socket, 甚至比处于Established状态下的socket多的多,严重影响服务器的处理能力,甚至耗尽可用的socket,停止服务。
5、 为什么需要TIME_WAIT?

TIME_WAIT是TCP协议用以保证被重新分配的socket不会受到之前残留的延迟重发报文影响的机制,是必要的逻辑保证。

原因有二:
一、保证TCP协议的全双工连接能够可靠关闭
二、保证这次连接的重复数据段从网络中消失


和TIME_WAIT状态有关的系统参数有一般由3个,常规设置如下:
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
net.ipv4.tcp_fin_timeout,默认60s,减小fin_timeout,减少TIME_WAIT连接数量。
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1表示开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接,默认为0,表示关闭;
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1表示开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收,默认为0,表示关闭。

五、常用命令

1、windows 查看端口连接状态

C:\Users\Administrator>netstat -an|findstr 80|findstr TCP

2、linux

查看tcp各个连接状态的数量
TCP连接的情况,统计命令: 
netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'


统计8080端口上有多少个TCP连接
netstat –tan | grep 8080 | wc –l      

TCP连接中有多少个连接状态是ESTABLISHED
netstat –tan | grep 8080 | grep ESTABLISHED| wc -l               

TCP连接中有多少个连接状态是CLOSE_WAIT
netstat –tan | grep 8080 | grep CLOSE_WAIT| wc -l                 

TCP连接中有多少个连接状态是TIME_WAIT
netstat –tan | grep 8080 | grep TIME_WAIT| wc -l

参考:

https://blog.csdn.net/smileiam/article/details/78226816


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