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【linux】关于TCP三次握手和四次挥手

发布时间:2015-11-26 22:00:14
1、TCP是什么关于OSI的七层模型TCP在第四层——Transport层,第四层的数据叫Segment-》报文IP在第三层——Network层,在第三层上的数据叫Packet-》数据包ARP在第二层 ...

【linux】关于TCP三次握手和四次挥手

1、TCP是什么

关于OSI的七层模型

【linux】关于TCP三次握手和四次挥手

  • TCP在第四层——Transport层,第四层的数据叫Segment-》报文
  • IP在第三层——Network层,在第三层上的数据叫Packet-》数据包
  • ARP在第二层——Data Link层;在第二层上的数据,我们把它叫Frame-》帧

数据从应用层发下来,会在每一层都会加上头部信息,进行封装,然后再发送到数据接收端,就是每个数据都会经过数据的封装和解封装的过程。

wireshark抓到的包与对应的协议层如下图所示

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  • Frame 36441: 物理层的数据帧概况
  • Ethernet II: 数据链路层以太网帧头部信息
  • Internet Protocol Version 4: IPV4 网络
  • Transmission Control Protocol: TCP 传输层
  • Hypertext Transfer Protocol: 应用层 HTTP

在OSI七层模型中,每一层的作用和对应的协议如下:

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wireshark抓到的传输层的报文

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TCP是一个协议,那这个协议是如何定义的,它的数据格式是什么样子的呢

【linux】关于TCP三次握手和四次挥手

上面就是TCP协议头部的格式,由于它太重要了,是理解其它内容的基础,下面就将每个字段的信息都详细的说明一下

  • Source PortDestination Port:分别占用16位,表示源端口号和目的端口号;用于区别主机中的不同进程,而IP地址是用来区分不同的主机的,源端口号和目的端口号配合上IP首部中的源IP地址和目的IP地址就能唯一的确定一个TCP连接;
  • Sequence Number:用来标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流,它表示在这个报文段中的的第一个数据字节在数据流中的序号;主要用来解决网络报乱序的问题;
  • Acknowledgment Number:32位确认序列号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号,因此,确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1。不过,只有当标志位中的ACK标志为1时该确认序列号的字段才有效。主要用来解决不丢包的问题;
  • Offset:给出首部中32 bit字的数目,需要这个值是因为任选字段的长度是可变的。这个字段占4bit(最多能表示15个32bit的的字,即4*15=60个字节的首部长度),因此TCP最多有60字节的首部。然而,没有任选字段,正常的长度是20字节;
  • TCP Flags:TCP首部中有6个标志比特,它们中的多个可同时被设置为1,主要是用于操控TCP的状态机的,依次为URGACKPSHRSTSYNFIN。每个标志位的意思如下:
    • URG:此标志表示TCP包的紧急指针域有效,用来保证TCP连接不被中断,并且督促中间层设备要尽快处理这些数据;
    • ACK:此标志表示应答域有效,就是说前面所说的TCP应答号将会包含在TCP数据包中;有两个取值:0和1,为1的时候表示应答域有效,反之为0;
    • PSH:这个标志位表示Push操作。所谓Push操作就是指在数据包到达接收端以后,立即传送给应用程序,而不是在缓冲区中排队;
    • RST:这个标志表示连接复位请求。用来复位那些产生错误的连接,也被用来拒绝错误和非法的数据包;
    • SYN:表示同步序号,用来建立连接。SYN标志位和ACK标志位搭配使用,当连接请求的时候,SYN=1,ACK=0;连接被响应的时候,SYN=1,ACK=1;这个标志的数据包经常被用来进行端口扫描。扫描者发送一个只有SYN的数据包,如果对方主机响应了一个数据包回来 ,就表明这台主机存在这个端口;但是由于这种扫描方式只是进行TCP三次握手的第一次握手,因此这种扫描的成功表示被扫描的机器不很安全,一台安全的主机将会强制要求一个连接严格的进行TCP的三次握手;
    • FIN: 表示发送端已经达到数据末尾,也就是说双方的数据传送完成,没有数据可以传送了,发送FIN标志位的TCP数据包后,连接将被断开。这个标志的数据包也经常被用于进行端口扫描。
  • Window:窗口大小,也就是有名的滑动窗口,用来进行流量控制;这是一个复杂的问题,这篇博文中并不会进行总结的

关于三次握手和四次挥手

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wireshark 抓包

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一个反向代理中的网络连接

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2、三次握手又是什么

TCP是面向连接的,无论哪一方向另一方发送数据之前,都必须先在双方之间建立一条连接。在TCP/IP协议中,TCP协议提供可靠的连接服务,连接是通过三次握手进行初始化的。三次握手的目的是同步连接双方的序列号和确认号并交换 TCP窗口大小信息。

第一次握手:建立连接。客户端发送连接请求报文段,将SYN位置为1,Sequence Number为x;然后,客户端进入SYN_SEND状态,等待服务器的确认;

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第二次握手:服务器收到SYN报文段。服务器收到客户端的SYN报文段,需要对这个SYN报文段进行确认,设置Acknowledgment Number为x+1(Sequence Number+1);同时,自己自己还要发送SYN请求信息,将SYN位置为1,Sequence Number为y;服务器端将上述所有信息放到一个报文段(即SYN+ACK报文段)中,一并发送给客户端,此时服务器进入SYN_RECV状态;

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第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。然后将Acknowledgment Number设置为y+1,向服务器发送ACK报文段,这个报文段发送完毕以后,客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态,完成TCP三次握手。

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完成了三次握手,客户端和服务器端就可以开始传送数据,使用tcpdump在服务器上抓包,可以看到

[root@dev ~]# tcpdump -i lo port 12000tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decodelistening on lo, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 65535 bytes22:58:54.952917 IP localhost.48383 > localhost.entextxid: Flags [S], seq 439289121, win 65495, options [mss 65495,sackOK,TS val 4017863386 ecr 0,nop,wscale 7], length 022:58:54.952928 IP localhost.entextxid > localhost.48383: Flags [S.], seq 3569639229, ack 439289122, win 65483, options [mss 65495,sackOK,TS val 4017863386 ecr 4017863386,nop,wscale 7], length 022:58:54.952938 IP localhost.48383 > localhost.entextxid: Flags [.], ack 1, win 512, options [nop,nop,TS val 4017863386 ecr 4017863386], length 0
TTL与MSL是有关系的但不是简单的相等的关系,MSL要大于等于TTL。

为什么TIME_WAIT状态需要保持2MSL这么长的时间

如果TIME_WAIT状态保持时间不足够长,第一个连接就正常终止了。第二个拥有相同五元组的连接出现,而第一个连接的重复报文到达,干扰了第二个连接。TCP事先必须防止某个连接的重复报文在连接终止后出现,所以让TIME_WAIT状态保持时间足够长(2MSL),连接相应方向的上的TCP报文要么完全响应完毕,要么被丢弃。建立第二个连接的时候,不会混淆。

9、TIME_WAIT产生原因

a)nginx使用了短连接方式,可能会造成大量处于TIME_WAIT状态的连接

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关键词:linux

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