2021年03月24日阅读 152

TCP协议学习笔记

最近几天读了《计算机网络自顶向下》和《TCP/IP详解卷1：协议》，整理出一些之前靠博客学不到的东西，在此分享给大家。被讲烂的三次握手四次挥手也会写，但会重点标注出看书学到的新知识。

TCP报文段结构

按照《自顶向下》中图3-29画的图

TCP报文段.png

源端口号和目的端口号用来多路复用/分解
32bit的序号字段和32bit的确认号字段用来实现可靠数据传输
16bit接收窗口字段用与流量控制
4bit的首部长度字段表明了这个TCP首部的长度。因为有选项字段的原因，所以TCP首部的长度是可变的。但通常情况下选项字段为空，所以通常情况下的TCP首部长度为20字节
选项字段用于发送方与接收方协商最大报文段长度MMS，或者用于在高速网络环境下，作窗口调节因子
CWR——拥塞窗口减、ECE——ECN回显、URG——紧急、ACK——确认、PSH——推送、RST——重置连接、SYN——用于初始化一个连接的同步序列号、FIN——该报文段的发送方已经结束向对方发送数据

TCP的连接与释放

三次握手

第一次握手：client客户端发送一个TCP连接请求，即将SYN置1，并且进入同步已发送状态，ISN(c)是客户端初始序列号（这个序列号如何选择后面会说）

第二次握手：server服务端本来是处于监听的状态，在收到TCP连接请求后，如果同意建立连接，那么发回一个TCP连接请求确认报文段，然后自己进入同步已接收状态。其中SYN和ACK位都置1，ISN(s)为服务端的初始序列号，ACK确认的序号是刚才客户端的初始序列号+1，因为ACK代表的是“下一次想要收到的序号“

第三次握手：client客户端发送一个普通的确认报文段，即ACK置1的报文段，Seq=ISN(c)+1，因为这是客户端发的第二条，比上一条+1，ACK=ISN(s)+1代表想要收到的服务器下一条报文序号。发完以后自己进入ESTABLISHED连接已建立状态。服务器收到以后也进入ESTABLISHED

最后一次握手的意义是：如果仅有两次握手就建立连接，那迟到的第二次握手也许会使服务器打开很多无效的连接

三次握手的目的不仅在于让通信双方了解一个连接正在建立，还在于利用数据包的选项来承载特殊的信息，交换初始序列号（Initial Sequence Number，ISN）

四次挥手

~~这里的图是截网课的，因为他画的很清晰~~

首先客户端和服务器都处于连接已建立状态

第一次挥手：客户端发送TCP连接释放报文段，FIN=1，ACK=1，seq=u即之前发送的序号+1，ack=v之前收到的序号+1，TCP规定FIN=1的报文段不带数据也要消耗1。进入了终止等待1状态

第二次挥手：服务器发送给客户端一个普通的TCP确认报文段，ACK=1，seq=v，ack=u+1。进入关闭等待状态

然后从服务器到客户端的也需要关闭，继续挥手

第三次挥手：服务器给客户端发送一个TCP连接释放报文段，FIN=1，ACK=1，seq=w，ack=u+1。然后进入最后确认状态

第四次挥手：客户端发给服务器普通的TCP确认报文段，ACK=1，seq=u+1，ack=w+1。然后进入时间等待状态

TIME_WAIT的作用：防止第三次挥手走丢了服务器不断重发第三次挥手无法关闭，浪费资源

有关seq和ack

初始序列号

seq是每个报文段都有的序号，在数据交换过程中不断累加，那么第一个报文段的序号是0或者1吗？实际上，在发送用于建立连接的SYN之前，通信双方会各自选择一个初始序列号。初始序列号会随着时间改变，因此每个连接都有不同的初始序列号。

可以设想一下，如果序列号每次都从相同的值开始，那么假如两个连接用了相同的收发IP和端口号，后一次的连接就可能把前一次连接中延迟到来的TCP报文段当作是有效的报文段（理应当作失效的无用的废弃报文段）

Linux中，采用基于时钟的方案，并且针对每一个连接为时钟设置随机的偏移量。随机偏移量是在连接标识即四元组（双方的IP和端口号）的基础上利用加密散列函数得到的。

ack的值

ack的取值是，“我刚接收到的报文段的seq+1”，表示“我想要接收到的下一条的seq”

SYN洪泛攻击

~~详细的自己看书吧~~

TCP的超时与重传

TCP在发送数据时，会设置一个计时器，若至计时器超时仍未收到数据确认信息，则会引发相应的超时或者基于计时器的重传操作，计时器超时称为重传超时RTO。另一种方式的重传称为快速重传，通常发生在没有延时的情况下。若TCP累积确认无法返回新的ACK，或者当ACK包含的选择确认信息SACK表明出现失序报文段时，快速重传会推断出现丢包。