[Linux]经典面试题 - 网络基础 - TCP三次握手

目录

• 一、TCP报文格式
  • 1.1 TCP报头
  • 1.2 报文图例
• 二、TCP三次握手
  • 2.1 运作方式
  • 2.2 建立过程
  • 2.3 抓包分析
• 三、TCP四次挥手
  • 3.1 断开过程

参考：

• TCP报头 - 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)

• TCP三次握手与四次挥手 - 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)

• TCP握手挥手的千层套路_技术交流_牛客网 (nowcoder.com)

一、TCP报文格式

1.1 TCP报头

TCP的报头有20字节，一共160位，其中包括以下内容：

• 源端口号（16位）：发起连接端口。
• 目的端口号（16位）：接受连接端口。
• 序列号（seq，32位）：
  • 如果含有同步化旗标（SYN），则此为最初的序列号；第一个资料比特的序列码为本序列号加一。
  • 如果没有同步化旗标（SYN），则此为第一个资料比特的序列码。
• 确认号（ack，32位）：仅当ACK标志为1时有效，确认号表示期望收到的下一个字节的序号。
• 资料偏移（4位）：以4字节为单位计算出的数据段开始地址的偏移值。
• 保留（6位）：置零。
• 标识符（6位）：
  • URG：1，紧急指针字段有效。
  • ACK：1，确认号字段有效。
  • PSH：1，接收方应尽快将报文交给引用层。
  • RST：1，出现严重差错，可能要重新创建TCP请求。
  • SYN：1，表示这是连接请求或是连接接受请求，用于创建连接和使顺序号同步。
  • FIN：1，表示发送方没有数据要传输了，要求释放连接。
• 窗口（window，16位）：表示从确认号开始，本报文的发送方可以接收的字节数，即接受窗口
  的大小，用于流量控制。
• 校验和（checksum，16位）：对整个的TCP报文段，包括TCP头部和TCP数据，以16位字进行计算所得。这是一个强制性的字段。
• 紧急指针（16位）：本报文段中的紧急数据的最后一个字节的序号。

1.2 报文图例

二、TCP三次握手

2.1 运作方式

• TCP协议的运行可以分为三个阶段：连接建立、数据传送、连接中止。

• 操作系统将TCP连接抽象为套接字表示的本地端点，作为编程接口给程序用。

• 一对终端同时初始化一个它们之间的连接是可能的。但通常是由一端（服务器端）打开一个套接字（socket）然后监听来自另一方（客户端）的连接，这就是通常所指的被动打开。服务器端被被动打开以后，客户端就能开始创建主动打开。

• 服务器端执行了listen函数后，就在服务器上创建起两个队列：

  • SYN队列：存放完成了二次握手的结果。
  • ACCEPT队列：存放完成了三次握手的结果。

2.2 建立过程

为了保证数据能够到达目标，TCP采用三次握手的策略，过程如下：

1. 客户端向服务端发送一个SYN包，请求一个主动打开。该包携带客户端为这个连接请求而设定的随机数A作为消息序列号。
2. 服务端收到一个合法的SYN包后，把该包放入SYN队列中；回送一个SYN/ACK。ACK的确认码应为A+1，SYN/ACK包本身携带一个随机产生的序列号B。
3. 客户端收到SYN/ACK包后，发送一个ACK包，该包的序号被设定为A+1，而ACK的确认码为B+1。

2.3 抓包分析

（待补充）

三、TCP四次挥手

3.1 断开过程

断开过程如下：

1. 主动断开方（客户端/服务端）-发送一个 FIN，用来关闭主动断开方（客户端/服务端）到被动断开方（客户端/服务端）的数据传送
2. 被动断开方（客户端/服务端）-收到这个 FIN，它发回一 个 ACK，确认序号为收到的序号加1 。和 SYN 一样，一个 FIN 将占用一个序号
3. 被动点开方（客户端/服务端）-关闭与主动断开方（客户端/服务端）的连接，发送一个FIN给主动断开方（客户端/服务端）
4. 主动断开方（客户端/服务端）-发回 ACK 报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1