tcp三次握手与四次挥手

2016-12-21  本文已影响80人  dongfanliang

一. 预备工作

测试server代码
import socket
import sys
import os
addr = ('127.0.0.1', 9988)
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.bind(addr)
server.listen(10)
while True:
connection, address = server.accept()
print 'connection ip:', address
测试client代码
from socket import *
import time
addr = ('127.0.0.1', 9988)
client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
client.connect(addr)
抓包命令
tcpdump -i lo port 9988 -S
抓包数据
16:34:33.611019 IP localhost.41631 > localhost.nsesrvr: Flags [S], seq 2970024578, win 32792, options [mss 16396,sackOK,TS val 514254463 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
16:34:33.611035 IP localhost.nsesrvr > localhost.41631: Flags [S.], seq 2032818397, ack 2970024579, win 32768, options [mss 16396,sackOK,TS val 514254463 ecr 514254463,nop,wscale 7], length 0
16:34:33.611045 IP localhost.41631 > localhost.nsesrvr: Flags [.], ack 2032818398, win 257, options [nop,nop,TS val 514254463 ecr 514254463], length 0
# == 三次握手结束==
# == 四次挥手开始＝＝
16:34:33.611150 IP localhost.nsesrvr > localhost.41474: Flags [F.], seq 507613731, ack 3023763844, win 256, options [nop,nop,TS val 514254463 ecr 514208493], length 0
16:34:33.611163 IP localhost.41474 > localhost.nsesrvr: Flags [.], ack 507613732, win 257, options [nop,nop,TS val 514254463 ecr 514254463], length 0
16:34:33.612059 IP localhost.41631 > localhost.nsesrvr: Flags [F.], seq 2970024579, ack 2032818398, win 257, options [nop,nop,TS val 514254464 ecr 514254463], length 0
16:34:33.612718 IP localhost.nsesrvr > localhost.41631: Flags [.], ack 2970024580, win 256, options [nop,nop,TS val 514254465 ecr 514254464], length 0

二. 三次握手

流程图
Paste_Image.png
中间的标志位

S=SYN，发起连接标志。
P=PUSH，传送数据标志。
F=FIN，关闭连接标志。
ack，表示确认包。
RST=RESET，异常关闭连接。
.，表示没有任何标志。

1.三次握手具体分析
  1. 第1行：16:34:33.611019，从localhost（client）的临时端口41631向localhost.nsesrvr（server）的9988监听端口发起连接，client初始包序号seq为2970024578，滑动窗口大小为32792字节（滑动窗口即tcp接收缓冲区的大小，用于tcp拥塞控制），mss大小为16396（即可接收的最大包长度，通常为MTU减40字节，IP头和TCP头各20字节）。【seq=2970024578，ack=0，syn=1】
  2. 第2行：16:34:33.611035，server响应连接，同时带上第一个包的ack信息，为client端的初始包序号seq加1，即1944916151，即server端下次等待接受这个包序号的包，用于tcp字节流的顺序控制。Server端的初始包序号seq为2032818397，mss也是16396。【seq=2032818397，ack=2970024579，syn=1】
  3. 第3行：16:34:33.611045，client再次发送确认连接，tcp连接三次握手完成，等待传输数据包。【ack=2032818398，seq=2970024579】
2. 为什么是三次握手而不是两次?

对于step3的作用，假设一种情况，客户端A向服务器B发送一个连接请求数据报，然后这个数据报在网络中滞留导致其迟到了，虽然迟到了，但是服务器仍然会接收并发回一个确认数据报。但是A却因为久久收不到B的确认而将发送的请求连接置为失效，等到一段时间后，接到B发送过来的确认，A认为自己现在没有发送连接，而B却一直以为连接成功了，于是一直在等待A的动作，而A将不会有任何的动作了。这会导致服务器资源白白浪费掉了，因此，两次握手是不行的，因此需要再加上一次，对B发过来的确认再进行一次确认，即确认这次连接是有效的，从而建立连接。

3. 对于双方，发送序号的初始化为何值?

有的系统中是显式的初始化序号是0，但是这种已知的初始化值是非常危险的，因为这会使得一些黑客钻漏洞，发送一些数据报来破坏连接。因此，初始化序号因为取随机数会更好一些，并且是越随机越安全。

二. 四次挥手

连接双方在完成数据传输之后就需要断开连接。由于TCP连接是属于全双工的，即连接双方可以在一条TCP连接上互相传输数据，因此在断开时存在一个半关闭状态，即有有一方失去发送数据的能力，却还能接收数据。因此，断开连接需要分为四次。主要过程如下：

Paste_Image.png

step1. 主机A向主机B发起断开连接请求，之后主机A进入FIN-WAIT-1状态；
step2. 主机B收到主机A的请求后，向主机A发回确认，然后进入CLOSE-WAIT状态；
step3. 主机A收到B的确认之后，进入FIN-WAIT-2状态，此时便是半关闭状态，即主机A失去发送能力，但是主机B却还能向A发送数据，并且A可以接收数据。此时主机B占主导位置了，如果需要继续关闭则需要主机B来操作了；
step4. 主机B向A发出断开连接请求，然后进入LAST-ACK状态；
step5. 主机A接收到请求后发送确认，进入TIME-WAIT状态，等待2MSL之后进入CLOSED状态，而主机B则在接受到确认后进入CLOSED状态；

为何主机A在发送了最后的确认后没有进入CLOSED状态，反而进入了一个等待2MSL的TIME-WAIT?
为什么断开连接请求报文只有三个，而不是四个?

因为在TCP连接过程中，确认的发送有一个延时（即经受延时的确认），一端在发送确认的时候将等待一段时间，如果自己在这段事件内也有数据要发送，就跟确认一起发送，如果没有，则确认单独发送。而我们的抓包实验中，由服务器端先断开连接，之后客户端在确认的延迟时间内，也有请求断开连接需要发送，于是就与上次确认一起发送，因此就只有三个数据报了。

整体的图

Paste_Image.png

TCP状态转移要点

LISTENING状态

FTP服务启动后首先处于侦听（LISTENING）状态。

ESTABLISHED状态

ESTABLISHED的意思是建立连接。表示两台机器正在通信。

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

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_WAIT。TCP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。

参考文章：

https://my.oschina.net/xianggao/blog/678644
http://coolshell.cn/articles/11564.html
http://www.cnblogs.com/chobits/archive/2012/08/29/2662336.html

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