一篇就够，详解TCP三次握手和四次挥手_syn和ack的值

一、TCP三次握手

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第一次：客户端C向服务端S发送连接请求报文，该报文首部中的SYN=1，ACK=0，随机选取一个序列号seq=i作为初始序列号。此时，客户端进入SYN_SEND同步已发送状态。

第二次：服务端收到客户端的连接请求报文，如果同意建立连接，则发送确认报文。确认报文首部中SYN=1、ACK=1、ack=i+1、seq=j（服务端的初始序列号）。此时，服务器进入SYN_RCVD同步收到状态。

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注：为什么ack=i+1？
答：服务器对客户端的数据进行确认，因为已经收到序列号为i的数据包，准备接受序列号为i+1的数据包，所以确认号ack=i+1。

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注：为什么服务器也要返回SYN=1
答：TCP是全双工通信，协议规定当收到建立链接请求后必须返回序列号，同时建立本端到对端的通信链接。这也叫做捎带应答机制。

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注：如果第二次报文丢失怎么办？
答：在发送完ACK+SYN报文后会启动一个定时器，超时没有收到ACK确认，会再次发送，会进行多次重试。超时时间依旧每次翻倍，重试次数可设置。修改 /proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries 的值。

第三次：客户端收到服务端的确认报文之后，会向服务器发送确认报文，告诉服务器收到了它的确认报文并准备建立连接。确认报文首部中SYN=0、ACK=1、ack=j+1、seq=i+1。服务端收到客户端确认报文，此时，服务端进入ESTABLISHED已建立连接状态。

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注：为什么seq=i+1?
答：ACK报文段可以携带数据，因此如果不携带数据，不消耗序列号，则下一个报文的序列号仍然是seq=i+1；如果携带数据，则序列号为在i+1的基础上增加携带数据的大小。此处默认第三次握手客户端不发送携带数据的报文段。

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二、TCP为什么采用三次握手，而不是两次握手或四次握手？

1.TCP三次握手理论背景

(a)TCP提供可靠的面向连接的服务，TCP是全双工的，即任意一端可以发送数据，也可以接受数据，需要有一个发送序列号和接受序列号。

(b)TCP三次握手的目的是同步连接双方的序列号和确认号，并交换TCP窗口大小信息，确认双方有收发数据的能力。

2.为什么不是两次握手或四次握手？

防止失效的连接请求报文段被服务端接受，从而产生错误并浪费服务器资源。

两次握手，客户端收到服务端的应答后进入ESTABLISHED（已建立连接状态），而服务端在收到客户端的连接请求之后就进入了ESTABLISHED状态。如果出现网络拥塞，客户端发送的连接请求报文A过了很久没有到达服务端，会超时重发请求报文B，服务端正确接受并确认应答，连接建立并开始通信传输数据，等通信结束之后释放连接。此时，如果之前失效的连接请求A到达服务端，由于两次握手就能成功建立连接，服务端收到请求A之后进入ESTABLISHED已建立连接状态，等待发送数据或者主动发送数据，此时，客户端已经进入CLISED断开连接状态，服务器会一直等下去，浪费服务器连接资源。

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(b)建立连接需要四次握手 由于三次握手已经能确保建立可靠的连接，所以不需要四次或更多的握手。

二、TCP断开连接时的四次挥手

所谓四次挥手（Four-Way Wavehand）即终止TCP连接，就是指断开一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。在socket编程中，这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发，整个流程如下图所示：

由于TCP连接时全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭，上图描述的即是如此。
（1）第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。
（2）第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态。
（3）第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。
（4）第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。

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常见问题

【问题1】为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，“你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

【问题2】为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？

答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在Client发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum
Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。

【问题3】如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

【问题4】SYN攻击是什么？

服务器端的资源分配是在二次握手时分配的，而客户端的资源是在完成三次握手时分配的，所以服务器容易受到SYN洪泛攻击。
SYN攻击就是Client在短时间内伪造大量不存在的IP地址，并向Server不断地发送SYN包，Server则回复确认包，并等待Client确认，由于源地址不存在，因此Server需要不断重发直至超时，这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列，导致正常的SYN请求因为队列满而被丢弃，从而引起网络拥塞甚至系统瘫痪。SYN攻击是一种典型的 DoS/DDoS 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 netstat 命令来检测 SYN 攻击。

netstat -n -p TCP | grep SYN_RECV
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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