TCP三次握手与四次挥手

一、三次握手原理：

TCP握手协议

在TCP/IP协议中，TCP协议提供可靠的连接服务，采用三次握手建立一个连接。

第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认； （客户端问服务器：你爱我吗？）

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；
（服务器回答：我爱你，你也爱我吗？）

第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。
（客户端回答：我爱你，你也爱我，那我们结婚吧！（ESTABLISHED））

完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据，在上述过程中，还有一些重要的概念：

未连接队列：在三次握手协议中，服务器维护一个未连接队列，该队列为每个客户端的SYN包（syn=j）开设一个条目，该条目表明服务器已收到SYN包，并向客户发出确认，正在等待客户的确认包。这些条目所标识的连接在服务器处于Syn_RECV状态，当服务器收到客户的确认包时，删除该条目，服务器进入ESTABLISHED状态。
Backlog参数：表示未连接队列的最大容纳数目。

SYN-ACK 重传次数 服务器发送完SYN－ACK包，如果未收到客户确认包，服务器进行首次重传，等待一段时间仍未收到客户确认包，进行第二次重传，如果重传次数超过系统规定的最大重传次数，系统将该连接信息从半连接队列中删除。注意，每次重传等待的时间不一定相同。

半连接存活时间：是指半连接队列的条目存活的最长时间，也即服务从收到SYN包到确认这个报文无效的最长时间，该时间值是所有重传请求包的最长等待时间总和。有时我们也称半连接存活时间为Timeout时间、SYN_RECV存活时间。

二、四次挥手原理：

TCP的终止通过双方的四次握手实现。发起终止的一方执行主动关闭，响应的另一方执行被动关闭。

1. 发起方(client)更改状态为FIN_WAIT_1，关闭应用程序进程，发出一个TCP的FIN段；
2. 接收方收到FIN段，返回一个带确认序号的ACK，同时向自己对应的进程发送一个文件结束符EOF，同时更改状态为CLOSE_WAIT(server)，发起方接到ACK后状态更改为FIN_WAIT_2(client)；
3. 接收方关闭应用程序进程，更改状态为LAST_ACK(server)，并向对方发出一个TCP的FIN段；
4. 发起方接到FIN后状态更改为TIME_WAIT(client)，并发出这个FIN的ACK确认。ACK发送成功后(2MSL内)双方TCP状态变为CLOSED。

我们不难看出上面的显示的结果的意思。根据TCP协议，主动发起关闭的一方，会进入TIME_WAIT状态(TCP实现必须可靠地终止连接的两个方向(全双工关闭))，持续2*MSL(Max Segment Lifetime)，缺省为240秒.

第一次挥手：客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送；
第二次挥手：服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1，和SYN一样，一个FIN将占用一个序号；
第三次挥手：服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A；
第四次挥手：客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1；

客户端主动关闭
Client---------------------------------Server
FIN_WAIT_1          ---fin m---------->CLOSE_WAIT(被动关闭)
FIN_WAIT_2          <--ack m+1--------
TIME_WAIT           <------fin n------ LAST_ACK
----ack n+1         ------->           CLOSED

简单的说就是
客户端对服务器说：我不爱你了，咱们离婚吧！--------------->（FIN_WAIT_1状态，等待回应）
服务器说：那离婚吧，把你的东西都拿走！         --------------->（FIN_WAIT_2状态，在关闭连接前将最后一点数据传完）
服务器又说：咱们来个Kiss Goodbye吧！            --------------->（ LAST_ACK，关闭连接，并请求最后一次确认）
客户端回应：波儿～                                                    --------------> （CLOSED，完毕）


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以下问题来自网络
1．为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？
这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你未必会马上会关闭SOCKET,即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

2．为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？

注:MSL(最大分段生存期)指明TCP报文在Internet上最长生存时间，每个具体的TCP实现都必须选择一个确定的MSL值。RFC 1122建议是2分钟，但BSD传统实现采用了30秒。TIME_WAIT 状态最大保持时间是2 * MSL，也就是1-4分钟。

TIME_WAIT的等待时间为2MSL，即最大段生存时间.如果 TIME_WAIT 状态保持时间不足够长(比如小于2MSL)，第一个连接就正常终止了。第二个拥有相同相关五元组的连接出现(因为连接终止前发起的一方可能需要重发 ACK，所以停留在该状态的时间必须为MSL的2倍。)，而第一个连接的重复报文到达，干扰了第二个连接。TCP实现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态保持时间足够长(2MSL)，连接相应方向上的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。

注:MSL(最大分段生存期)指明TCP报文在Internet上最长生存时间，每个具体的TCP实现都必须选择一个确定的MSL值。RFC 1122建议是2分钟，但BSD传统实现采用了30秒。TIME_WAIT 状态最大保持时间是2 * MSL，也就是1-4分钟。

这是因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN_SEND状态到 ESTABLISH状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到，因此对方处于 LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的 ACK报文。

3.SYN攻击
实例：攻击主机C(地址伪装后为C')-----大量SYN包---->被攻击主机
C'<-------SYN/ACK包----被攻击主机
由于C’地址不可达，被攻击主机等待SYN包超时。攻击主机通过发大量SYN包填满未连接队列，导致正常SYN包被拒绝服务。另外，SYN洪水攻击还可以通过发大量ACK包进行DoS攻击。