第8章 传输层（7）_TCP连接管理

7. TCP连接管理

7.1 TCP的连接建立

（1）三次握手

　　①三次握手过程

　　　　A.第1、2次握手，数据包的SYN均为1，表示用于同步。即第1次客户端发起请求，并将自己的连接参数（如接收窗口大小、MSS和是否支持SACK等）告知服务器。第2次连接是服务器收到连接请求后作出确认，同时其自己的连接参数告知客户端，这主要是出于双向通信的需要）。因此SYN=1表示，这两个数据包主要用于协商和同步通信双方的连接参数）。ACK=1表示是一个确认包。ack表示确认的数据包序号。

　　　　B.第3次握手用于告知服务器端，客户端己收到确认，可以正式开始通信。

　　②TCP连接状态（查看的命令：netstat -an）

　　　　A.服务器启用后，会进入LISTEN状态，监听客户端连接。

　　　　B.当客户端发出连接请求后进入SYN-SEND状态。服务器收到请求后进入SYN-RCVD状态，然后发一个确认包给客户端。

　　　　C.客户端收到确认包以后，创建TCP连接并进入ESTABLISHED状态，同时通知服务器己收到确认包。

　　　　D.服务器收到客户端和通知后，也创建TCP连接并进入ESTABLISHED，于是双方TCP连接建立完成，可以正式通信。

（2）为什么需要三次握手？（防止失效的连接请求突然又到达服务器！）

　　①场景假设：客户端发出的第1次连接请求，由于网络延时的原因，直至客户端连接超时，该请求还未到达服务器端。因此，这个连接请求在客户端这里就会被作废。于是发送第2个连接请求。

　　②如果只采用两次握手

　　　　A.当服务器收到第2次的连接请求后，会发送确认告诉客户端己收到请求。由于采用的是两次连接，此时就会创建一个新的Socket来服务客户端。

　　　　B.客户端收到服务端的确认后，也创建与服务器通信的TCP连接。于是双方可以正式通信了。

　　　　C.当双方TCP连接建立起来以后。然后那个在网络上延时的第1个连接请求到达了服务器。服务器收到这个连接请求后，由于两次握手机制依然会创建一个用来服务客户端的TCP连接，并发一个确认给客户端。但由于第1次连接请求在客户端看来己失效，相当于客户端会认为我并没有发出连接请求，而服务器莫名其妙地发一个确认给自己，因此就会直接丢弃这个确认包。但对于服务端来讲，连接己经建立了，可以正常通信。就会一直在那等着客户端给自己发数据，这对服务器来说是一种严重的资源浪费。

　　③如果采用三次握手（主要分析这个延时的请求会被如何处理？因为第2次连接请求是正常的TCP通信的过程！）

　　　　A.第1次连接请求（在网络上被延时）突然到达服务器（第一次握手）。

　　　　B.服务器并不马上建立TCP连接，而是通知客户端收到了该请求。（第二次握手）

　　　　C.当客户端收到这个“确认”以后，由于第1次连接请求在客户端看来己经失效，所以会认为自己并没有发出连接请求，就会直接丢弃这个“确认包”。服务器由于没有收到对“确认的确认”就不会为客户端创建TCP连接，这可以防止服务端资源的浪费。

7.2 TCP连接释放

（1）四次挥手过程

　　①第1次挥手：客户端（也可以是服务端）主动向服务端发送一个FIN报文段，然后进入FIN_WAIT_1状态。此FIN报文段的意思表示客户端需要发送的用户数据己发送完毕，不再有用户数据需要发送给服务器了。这时的TCP处于半关闭状态，即只有一方向另一方发送用户数据。

　　②第2次挥手：服务器收到客户端发送的FIN报文段，通知其高层的应用程序。然后发送确认给客户端，客户端收到后进入FIN_WAIT_2状态继续等待。因为服务端可能还有数据没发完，让客户端继续等服务端的通知。而服务端发送对FIN报文的确认完，会进入CLOSE-WAIT状态等待从B向A的数据传完。

　　③第3次挥手：当服务端向客户端的数据传输完以后，高层应用程序会通知TCP。然后TCP发送FIN报文给客户端通知其也没有用户数据需要传输，可以关闭连接了。同时服务器进入LAST_ACK状态。

　　④第4次挥手：客户端收到服务器发送的FIN报文，向服务器发送ACK报文，然后客户端进入TIME_WAIT状态。服务器收到客户端的ACK报文段后，就关闭连接。此时，客户端等待2MSL（2倍的最长报文段时间）后就关闭连接了。

（3）为什么客户端在TIME-WAIT状态必须等待2MSL的时间？

　　保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B。这个ACK报文可能丢失，因而B可能在超时以后重传这个FIN+ACK报文给A，而A就能在2MSL时间内收到这个重传的FIN+ACK报文。接着A重传一次确认，并重启2MSL计时器。如果A在TIME-WAIT不等待一段时间，而是在发送完ACK后立即释放连接，那么就无法收到B重传的FIN+ACK报文从而导致B不能按正常步骤进入CLOSED状态。

（4）保活器计时（Keepalive Timer）

　　①如果客户端突然出现故障，这时并没有机会通知服务器。为防止服务器无谓地等下去。就需要用保活计时器。

　　②服务器在每收到一次客户端发来的数据，就重置保活计时器（通常是2小时）。若在规定的时间内没有收到客户的数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔（75秒）发一次，如果一连发送10个探测报文仍无客户的响应。就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

7.3 实战：查看TCP连接/释放的数据包

（1）抓包分析TCP连接过程的数据包（以客户端给服务器的第1个数据包为例）

　　①第1次握手的数据包：seq=x(0)，SYN=1，ACK= 0，ack= y(0)(在此次中该值无效)，以及一些协商参数（如客户端的接收窗口大小，TCP选项部分包含了最大报文段长度（MSS）、是否支持选择确认）

　　②第2次握手的数据包：seq=y(0)，SYN=1，ACK=1(表示是一个确认包)，ack=x+1(1)以及为了支持双向通信的一些协商参数（如服务端的接收窗口、MSS、是否支持SACK等）

　　③第3次握手的数据包：seq=x+1(1),SYN=0,ACK=1,ack=y+1(1)

（2）抓包分析TCP释放过程的数据包

　　①释放数据包的TCP首部有FIN标志。②可在命令行中通过netstat –n查看TCP活动的连接及状态。

7.4 实战：SYN和LAND攻击

（1）SYN攻击

　　①在A计算机上安装SYN攻击器软件。该软件会向B发送TCP连接请求。

　　②但由于SYN伪造了一个TCP请求报文，将源地址改为其他的主机地址（假设是x）。这将导致B计算机把对连接请求的确认报文给x计算机。

　　③由于x计算机根本没有向B机请求连接，因此会直接丢弃数据包。但B并不知道会一些等待x机的确认，以便完成TCP连接。如果A大量发送这样的TCP请求，无疑将造成B计算机资源的极大浪费（见抓包图） 

（2）LAND攻击

　　①与SYN攻击类似，LAND将一个TCP请求报文中的源地址改成目标主机地址

　　②这样会导致B计算机在收到请求报文后又给自己发了一个确认包。这个攻击比SYN攻击更利害，可能会直接导致B的崩溃。