TCP三次握手机制-深入浅出(实例演示)

TCP是属于网络分层中的传输层,因为OSI分为7层,感觉太麻烦了,所以分为四层就好了,简单。分层以及每层的协议,TCP是属于传输层,如下两张图

TCP三次握手机制-深入浅出,实例演示

TCP三次握手机制-深入浅出,实例演示

TCP三次握手会涉及到状态转换所以这里贴出TCP的状态转换图如下:

TCP三次握手机制-深入浅出,实例演示

TCP三次握手简述

TCP三次握手如图:

TCP三次握手机制-深入浅出,实例演示

第一次握手

客户主动(active open)去connect服务器,并且发送SYN 假设序列号为J,服务器是被动打开(passive open)

第二次握手

服务器在收到SYN后,它会发送一个SYN以及一个ACK(应答)给客户,ACK的序列号是 J+1表示是给SYN J的应答,新发送的SYN K 序列号是K

第三次握手

客户在收到新SYN K, ACK J+1 后,也回应ACK K+1 以表示收到了,然后两边就可以开始数据发送数据了

TCP三次握手机制-深入浅出,实例演示

如图用红色圈起来的就是3次握手,但是为什么最后一次握手,为什么ack = 1,而不是369535922 呢,这是因为这里的第三次握手tcpdump显示的是相对的顺序号。但是为了便于观察我们需要把tcpdump的顺序号变为绝对的顺序号。

加上之后结果就正常了如下图:

TCP三次握手机制-深入浅出,实例演示

从tcpdump的数据,可以明显 看到三次握手的过程是:第一次握手:client syn 2322326583 —> server第二次握手:server syn 3573692787, ack 2322326583 + 1 —> client第三次握手:client ack 3573692787 + 1 -->server

TCP三次握手详细解析过程:

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第一次握手

客户在socket() connect()后主动(active open)连接上服务器, 发送SYN ,这时客户端的状态是SYN_SENT服务器在进行socket(),bind(),listen()后等待客户的连接,收到客户端的 SYN 后,

1.半连接队列(syn queue)未满

服务器将该连接的状态变为SYN_RCVD, 服务器把连接信息放到半连接队列(syn queue)里面。

2.半连接队列(syn queue)已满

服务器 不会 将该连接的状态变为SYN_RCVD,且将该连接丢弃(SYN flood攻击就是利用这个原理,对于SYN foold攻击,应对方法之一是使syncookies生效,将其 值置 1即可,路径/proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies,即使是半连接队列syn queue已经满了,也可以接收正常的非恶意攻击的客户端的请求,但是这种方法只在无计可施的情况下使用,man tcp里面的解析是这样说的,

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但是我不知道为什么Centos6.9默认是置为1,所以这让我很疑惑

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SYN flood攻击

攻击方的客户端只发送SYN分节给服务器,然后对服务器发回来的SYN+ACK什么也不做,直接忽略掉,不发送ACK给服务器;这样就可以占据着服务器的半连接队列的资源,导致正常的客户端连接无法连接上服务器。-----[维基百科]

(SYN flood攻击的方式其实也分两种,第一种,攻击方的客户端一直发送SYN,对于服务器回应的SYN+ACK什么也不做,不回应ACK, 第二种,攻击方的客户端发送SYN时,将源IP改为一个虚假的IP, 然后服务器将SYN+ACK发送到虚假的IP, 这样当然永远也得不到ACK的回应。)

第二次握手

服务器返回SYN+ACK给到客户端,客户端收到SYN+ACK后,状态从SYN_SENT变为ESTABLISHED,也即是connect()函数的返回。

第三次握手

全连接队列(accept queue)的最大值 /proc/sys/net/core/somaxconn (默认128)

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全连接队列值 = min(backlog, somaxconn)

1.全连接队列(accept queue)未满

服务器收到客户端发来的ACK, 服务端该连接的状态从SYN_RCVD变为ESTABLISHED,然后服务器将该连接从半连接队列(syn queue)里面移除,且将该连接的信息放到全连接队列(accept queue)里面。

2.全连接队列(accept queue)已满

服务器收到客户端发来的ACK, 不会 将该连接的状态从SYN_RCVD变为ESTABLISHED。当然全连接队列(accept queue)已满时,则根据 tcp_abort_on_overflow 的值来执行相应动作 /proc/sys/net/ipv4/tcp_abort_on_overflow 查看参数值

TCP三次握手机制-深入浅出,实例演示

2.1 tcp_abort_on_overflow = 0

则服务器建立该连接的定时器,

这个定时器是一个服务器的规则是从新发送syn+ack的时间间隔成倍的增加,比如从新了第二次握手,进行了5次,这五次的时间分别是 1s, 2s,4s,8s,16s,这种倍数规则叫“二进制指数退让”(binary exponential backoff)

给客户端定时从新发回SYN+ACK即从新进行第二次握手,(如果客户端设定的超时时间比较短就很容易出现异常) 服务器从新进行第二次握手的次数/proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries

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2.2 tcp_abort_on_overflow = 1

关于tcp_abort_on_overflow的解析如下:

TCP三次握手机制-深入浅出,实例演示

意思应该是,当 tcp_abort_on_overflow 等于1 时,重置连接(一般是发送RST给客户端),至于怎么重置连接是系统的事情了。不过我在查资料的过程发现,阿里中间件团队博客说并不是发送RST, —[阿里中间件团队博客]

这个博客跑的实例观察到的是服务器会忽略client传过来的包,然后client重传,一定次数后client认为异常,然后断开连接。当然,我们写代码的都知道代码是第一手的注释, 实践是检验真理的唯一标准 ,最好还是自己以自己实践为准,因为可能你的环境跟别人的不一样。)

TCP三次握手机制-深入浅出,实例演示

如上图,第二列Recv-Q是,全连接队列接收到达的连接,第三列是Send-Q全连接队列的所能容纳最大值,如果,Recv-Q 大于 Send-Q 那么大于的那部分,是要溢出的即要被丢弃overflow掉的。

感想:1.本来想写TCP连接的建立和终止的,没想到要讲清楚TCP连接的建立已经很大的篇幅了,就只讲TCP连接的建立而已。2.以前看书的时候,没有解决一个问题的来的深刻或者说脉络清晰,这个就是 主题阅读 的好处吧。3.以前没有养成一个遇到问题深入解析,解决问题的习惯,今后慢慢养成。4.暂时无

下面的参考1有实例,会比较详细一点,清晰一些。参考:后台私信资料