tcp三次握手实验(tcp三次握手实验原理)

本文主要内容1、TCP数据包格式TCP数据包格式如下：注意到中间还有几个标志位：数据包格式当中，最重要的是理解序号和确认序号。TCP为什么是稳定可靠的，与序号与确认序号这套机制紧密相关，这也是TCP的精髓。2、TCP的三次握手众所周知，TCP协议是可靠的，而UDP协议是不可靠的。在一些场景中必须用TCP，比如说用户登录，必须给出明确答复是否登录成功等。而有些场景中，用户是否接收到数据则不那么关键，比如网络游戏当中，玩家射出一颗子弹，另外的玩家是否看到，完全取决于当前网络环境，如果网络卡顿，就会有玩家已经被射杀，但界面仍然刷新不出来的情况。这种情形适合UDP。为了保证TCP协议可靠，在建立连接之时就要得到保证。最初两端的TCP进程都处于CLOSED关闭状态，A主动打开连接，而B被动打开连接。（A、B关闭状态CLOSED——B收听状态LISTEN——A同步已发送状态SYN-SENT——B同步收到状态SYN-RCVD——A、B连接已建立状态ESTABLISHED）B服务器进程就处于LISTEN（收听）状态，等待客户的连接请求。若有，则作出响应。3、TCP的传输和确认TCP 传输的可靠性，可以用一句话归结：每收到对方数据，就发送 ACK 进行确定，发送方发送后没有收到 ACK 就隔一段时间重发。就是 A 向 B 发送消息（下面将 TCP 的报文直接看做是消息，消息一词跟 TCP 报文混用），B 收到消息后需要向 A 发送 ACK。这个 ACK 相当于返回结果，没有返回结果，A 就重新发送消息。归纳起来，A 有 3 种消息需要确认。另外 A 也可以发送 RST 消息，代表出错了。出错消息不需要确认。RST 也可以当成返回接口，替代正常的 ACK。返回 ACK，表示消息发送并处理成功，返回 RST 表示消息处理失败。因为通过网络传输，还有第三种结果，就是不确定成功失败。这样归纳起来。就有三种返回结果。这两种具体情况，A 根本识别不了，都只能重发。4、TCP的序号和确认序号A 向 B 发送消息，假如同时发送 a、b、c、d 消息，因为通过网络，这些消息的顺序并非固定的。而 B 返回 ACK 结果，这样就有一个问题，这个结果到底对应了哪个消息？另外当 A 超时重发后，原来的消息延时一段时候，又重新到达了 B，这样 B 就收到两条相同的消息，那么 B 怎么确定这两条消息是相同的呢？为了解决这个对应问题，每一条消息都需要有一个编号，返回结果也应该有一个编号。TCP 的序号可以看成是发送消息的编号，确认序号可以看成是返回结果的编号。有了编号，重复的消息才可以忽略，返回结果(ACK)才可以跟消息对应起来。当建立连接的时候，TCP 选定一个初始序号，之后每发送一个数据包（消息），就将序号递增，保证每发送不同的数据包，数据包的序号都是不同的。TCP 是这样处理的：SYN、FIN 也需要递增序号。不然 A 向 B 重发多个 SYN 或者 FIN, B 根本判断不了 SYN 是否相同，这样就不可以忽略重复的数据包了。当 TCP 发送 ACK 时，相当于返回结果，需要带有确认序号，以便跟发送的消息对应起来。当发送包编号为 a，递增长度为 len。其中 SYN 和 FIN 可以看成是递增长度为 1。这条消息可以这样表示为：现在来回顾三次握手过程。 A 发送序列号x给 B ， B 回复 A 确认号 x+ 1，同时发送序列号 y， A 接收到 B 的回复后，再回复确认号 y+1，同时发送序列号 x+1。给对方的回复一定是接收到的序号加1（或者是数据长度），这样对方才能知道我已经收到了，这样才能保证TCP是可靠的。

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。1、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； SYN：同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)2、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；3、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。完成三次握手,客户端与服务器开始传送数据。所谓的三次握手（three times handshake；three-way handshaking）即对每次发送的数据量是怎样跟踪进行协商使数据段的发送和接收同步，根据所接收到的数据量而确定的数据确认数及数据发送、接收完毕后何时撤消联系，并建立虚连接。为了提供可靠的传送，TCP在发送新的数据之前，以特定的顺序将数据包的序号，并需要这些包传送给目标机之后的确认消息。TCP总是用来发送大批量的数据。当应用程序在收到数据后要做出确认时也要用到TCP。
1.TCP协议在七层结构之中的第四层，也就是传输层。它就是著名的“数据传输控制协议”，是网络协议中应用最广泛的协议之一。 2.TCP协议建立连接，产生会话，面向字节流，进行可靠的传输，确保数据从一个节点完整的到另外一个节点。 3.传输数据之前，客户端首先向服务器端发送一个SYN=1（触发标志）的触发数据包，等待服务器端的确认。
1.三次握手建立连接： 第一次握手：客户端发送syn包(seq=x)到服务器，并进入syn_send
建立TCP连接时，被动打开一端在收到对端SYN前所处的状态为（ ）。

1.第一次握手：A的TCP客户进程向B发出连接请求报文段（首部的同步位SYN=1，初始序号seq=x，SYN=1的报文段不能携带数据，但要消耗掉一个序号），此时TCP客户进程进入SYN-SENT（同步已发送）状态。 2.第二次握手：B收到连接请求报文段后，如同意建立连接，则向A发送确认报文（SYN=1，ACK=1，确认号ack=x+1，初始序号seq=y），B进程进入SYN-RCVD（同步收到）状态,A进入ESTABLISHED（已建立连接）。3.第三次握手：A收到B的确认后，要向B发送确认收到确认的报文段（ACK=1，确认号ack=y+1，序号seq=x+1，初始为seq=x，第二个报文段所以要+1），ACK报文段可以携带数据，不携带数据则不消耗序号,TCP连接已经建立,当B收到A的确认后，也进入ESTABLISHED状态。可以看到，三次握手过程中，A的状态变化为 CLOSED->SYN-SEND->ESTABLISHED。B的状态变化为（CLOSED）LISTEN->SYNC-RECEIVED->ESTABLISHED，两者都经过3次状态变化。 为何需要最后的客户端应答（为什么需要第三次握手）？

一、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；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；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。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。
第一次握手，建立连接，客户端发送SYN包到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认； 第二次握手，服务器收到SYN，同时自己也发送一个SYN包和一个ACK包来确认客户端的SYN，并进入SYN_RECV； 第三次握手，客户端收到服务器发来的SYN+ACK后，回复服务器端一个ACK确认，发送完毕后，双方进入ESTABLISHED状态。 三次握手成功后，开始传输数据。 三次握手更详细的解释和过程，到传智播客社区去找下，运维板块当中技术大牛整理的。我闺蜜在那学的运维现在16薪一个月12k左右，我就在这个社区自学呢。

TCP 三次握手过程不管是对于本科计算机网络学习还是考研考计网的同学来说都是必考的一个，所以要掌握 TCP 整个握手的过程显得尤为重要。 一、TCP 是什么？TCP是Transmission Control Protocol(传输控制协议) 的简称，它提供一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。在学习 TCP 握手过程之前，我们首先要了解 TCP 报文头部的一些标志信息，因为在 TCP 握手的过程中，要用到TCP报文头部的一些信息。TCP头部1.1 源端口和目的端口对于端口，我们可以这么理解：我们可以想象发送方很多的窗户，接收方也有很多的窗户，这些窗口都标有不同的端口号，源端口号和目的端口号就分别代表从哪个规定的串口发送到对方接收的窗口。不同的应用程序都有着不同的端口，比如HTTP端口80，SMTP端口25等。1.2 序号TCP是面向字节流的，在一个TCP连接中传送的字节流中的每一个字节都按顺序编号。接收端根据这个编号进行确认，保证分割的数据段在原始数据包的位置。通俗一点的讲，每个字段在传送中用序列号来标记自己位置的，而这个字段就是用来完成双方传输中确保字段原始位置是按照传输顺序的。（发送方是数据是怎样一个顺序，到了接受方也要确保是这个顺序）1.3 确认号确认号是期望收到对方下一个报文段的第一个字节的序号。确认号 = N,则表示到序号N-1为止的所有数据都已经正确收到。例如：B正确收到了A发送过来的一个报文段，其序号字段值为500，而数据字段长度是200字节(序号501~700)，这表明B正确收到了A发送的到序号700为止的数据，因此B期望收到A的下一个数据序号是701，于是B在发送给A的确认报文段中把确认号置为701。1.4 标志位TCP首部中有 6 个标志比特，它们中的多个可同时被设置为 1，主要是用于操控 TCP 的状态机的，依次为URG，ACK，PSH，RST，SYN，FIN。今天我们只介绍我们用到的三个。1.4.1 确认ACK这个标志位可以理解为发送端发送数据到接收端，发送的时候 ACK置 为 0，一旦接收端接收数据之后，就将 ACK 置为 1，发送端接收到之后，就知道了接收端已经接收了数据。需要注意的一点是：当且仅当ACK = 1时，确认号字段才有效。TCP规定，在连接建立后，所有传送的报文段 都将ACK置为1。1.4.2 同步SYNSYN是同步序列号，在建立TCP连接时用来同步序号。当SYN=1，ACK=0时，表明这是一个连接请求报文段。若对方同意建立连接，则应在响应的报文段中使SYN=1，ACK=1。因此，SYN置为1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。1.4.3 终止FIN当发送端已经达到数据末尾，也就是说双方的数据传送完成，没有数据可以传送了，发送方FIN标志位置为1后，表示此报文段的发送方数据发送完毕，请求释放连接。二 T CP三次握手过程TCP 三次握手的过程解决以下三个问题1.要是每一方都能确知对方的存在2.要允许双方协商一些参数(如窗口最大值，是否使用窗口扩大选项以及时间戳选项等)3.能够对运输实体资源(如缓冲大小、连接表中的项目等)进行分配掌握了这些，TCP 的三次握手就简单多了。下面我们就以动画形式进行拆解三次握手过程。初始状态 ：客户端处于closed(关闭)状态，服务器处于listen(监听)状态第一次握手 ：客户端发送请求报文将SYN = 1同步序列号和初始化序列号seq = x发送给服务端，发送完之后客户端处于SYN_Send状态。第二次握手 ：服务端受到SYN请求报文之后，如果同意连接，会以自己的同步序列号SYN(服务端) = 1、初始化序列号seq = y和确认序列号（期望下次收到的数据包）ack = x+ 1以及确认号ACK = 1报文作为应答，服务器为SYN_Receive状态。第三次握手 ： 客户端接收到服务端的SYN + ACK之后，知道可以下次可以发送了下一序列的数据包了，然后发送同步序列号ack = y + 1和数据包的序列号seq = x + 1以及确认号ACK = 1确认包作为应答，客户端转为established状态。三、为什么不能是一次、二次握手，而必须是三次握手？为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误。所谓“已失效的连接请求报文段”是这样产生的。考虑一种正常情况：A发出连接请求，但因连接请求报文丢失而未收到确认。于是A在重传一次连接请求，后来收到了确认，建立了连接。数据传输完毕后，就释放了连接。在此过程中，A一共发送了两个连接请求报文段，其中一个丢失，第二个到达了B。没有已经失效的报文段。但现在出现一种异常情况，即A发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某些网络结点长时间滞留了，以至延误到连接释放以后的某个时间才到达B。本来这是一个早已经失效的报文段，但B收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是A又发出一次新的连接请求。于是就向A发出确认报文段，同意建立连接。假定不采用三次握手，那么只要B发出确认，新的连接就建立了。由于现在A并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬B的确认，也不会向B发送数据，但B却以为新的运输连接已经建立了，并一直等待A发来数据。B的许多资源就这样白白浪费了。 采用三次握手的办法可以防止上述现象的发生，例如在刚才的情况下，A不会向B的确认发出确认。B由于收不到确认，就知道A并没有要求建立连接。