TCP的特性

  • TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务
  • 在一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信。广播和多播不能用于TCP
  • TCP使用校验和，确认和重传机制来保证可靠传输
  • TCP使用累积确认
  • TCP使用滑动窗口机制来实现流量控制，通过动态改变窗口的大小进行拥塞控制

三次握手与四次挥手

  • 所谓三次握手(Three-way Handshake)，是指建立一个 TCP 连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。

    三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立 TCP 连接，并同步连接双方的序列号和确认号，交换 TCP 窗口大小信息。在 socket 编程中，客户端执行 connect() 时。将触发三次握手。

* 第一次握手(SYN=1, seq=x):

    客户端发送一个 TCP 的 SYN 标志位置1的包，指明客户端打算连接的服务器的端口，以及初始序号 X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。

    发送完毕后，客户端进入 `SYN_SEND` 状态。

* 第二次握手(SYN=1, ACK=1, seq=y, ACKnum=x+1):

    服务器发回确认包(ACK)应答。即 SYN 标志位和 ACK 标志位均为1。服务器端选择自己 ISN 序列号，放到 Seq 域里，同时将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的 ISN 加1，即X+1。 
    发送完毕后，服务器端进入 `SYN_RCVD` 状态。

* 第三次握手(ACK=1，ACKnum=y+1)

    客户端再次发送确认包(ACK)，SYN 标志位为0，ACK 标志位为1，并且把服务器发来 ACK 的序号字段+1，放在确定字段中发送给对方，并且在数据段放写ISN的+1

    发送完毕后，客户端进入 `ESTABLISHED` 状态，当服务器端接收到这个包时，也进入 `ESTABLISHED` 状态，TCP 握手结束。

三次握手的过程的示意图如下：

three-way-handshake

  • TCP的连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次挥手(Four-way handshake)，也叫做改进的三次握手。客户端或服务器均可主动发起挥手动作，在 socket 编程中，任何一方执行 close() 操作即可产生挥手操作。

    • 第一次挥手(FIN=1，seq=x)

      假设客户端想要关闭连接，客户端发送一个 FIN 标志位置为1的包，表示自己已经没有数据可以发送了，但是仍然可以接受数据。

      发送完毕后，客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。

    • 第二次挥手(ACK=1，ACKnum=x+1)

      服务器端确认客户端的 FIN 包，发送一个确认包，表明自己接受到了客户端关闭连接的请求，但还没有准备好关闭连接。

      发送完毕后，服务器端进入 CLOSE_WAIT 状态，客户端接收到这个确认包之后，进入 FIN_WAIT_2 状态，等待服务器端关闭连接。

    • 第三次挥手(FIN=1，seq=y)

      服务器端准备好关闭连接时，向客户端发送结束连接请求，FIN 置为1。

      发送完毕后，服务器端进入 LAST_ACK 状态，等待来自客户端的最后一个ACK。

    • 第四次挥手(ACK=1，ACKnum=y+1)

      客户端接收到来自服务器端的关闭请求，发送一个确认包，并进入 TIME_WAIT状态，等待可能出现的要求重传的 ACK 包。

      服务器端接收到这个确认包之后，关闭连接，进入 CLOSED 状态。

      客户端等待了某个固定时间（两个最大段生命周期，2MSL，2 Maximum Segment Lifetime）之后，没有收到服务器端的 ACK ，认为服务器端已经正常关闭连接，于是自己也关闭连接，进入 CLOSED 状态。

四次挥手的示意图如下：

four-way-handshake

SYN攻击

  • 什么是 SYN 攻击（SYN Flood）？

    在三次握手过程中，服务器发送 SYN-ACK 之后，收到客户端的 ACK 之前的 TCP 连接称为半连接(half-open connect)。此时服务器处于 SYN_RCVD 状态。当收到 ACK 后，服务器才能转入 ESTABLISHED 状态.

    SYN 攻击指的是，攻击客户端在短时间内伪造大量不存在的IP地址，向服务器不断地发送SYN包，服务器回复确认包，并等待客户的确认。由于源地址是不存在的，服务器需要不断的重发直至超时，这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列，正常的SYN请求被丢弃，导致目标系统运行缓慢，严重者会引起网络堵塞甚至系统瘫痪。

    SYN 攻击是一种典型的 DoS/DDoS 攻击。

  • 如何检测 SYN 攻击？

    检测 SYN 攻击非常的方便，当你在服务器上看到大量的半连接状态时，特别是源IP地址是随机的，基本上可以断定这是一次SYN攻击。在 Linux/Unix 上可以使用系统自带的 netstats 命令来检测 SYN 攻击。

  • 如何防御 SYN 攻击？

    SYN攻击不能完全被阻止，除非将TCP协议重新设计。我们所做的是尽可能的减轻SYN攻击的危害，常见的防御 SYN 攻击的方法有如下几种：

    • 缩短超时（SYN Timeout）时间
    • 增加最大半连接数
    • 过滤网关防护
    • SYN cookies技术

参考资料

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