TCP三次握手

所謂三次握手（Three-Way Handshake）即建立TCP連線，就是指建立一個TCP連線時，需要客戶端和服務端總共傳送3個包以確認連線的建立。在socket程式設計中，這一過程由客戶端執行connect來觸發，整個流程如下圖所示：

（1）第一次握手：Client將標誌位SYN置為1，隨機產生一個值seq=J，並將該資料包傳送給Server，Client進入SYN_SENT狀態，等待Server確認。

（2）第二次握手：Server收到資料包後由標誌位SYN=1知道Client請求建立連線，Server將標誌位SYN和ACK都置為1，ack=J+1，隨機產生一個值seq=K，並將該資料包傳送給Client以確認連線請求，Server進入SYN_RCVD狀態。

（3）第三次握手：Client收到確認後，檢查ack是否為J+1，ACK是否為1，如果正確則將標誌位ACK置為1，ack=K+1，並將該資料包傳送給Server，Server檢查ack是否為K+1，ACK是否為1，如果正確則連線建立成功，Client和Server進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手，隨後Client與Server之間可以開始傳輸資料了。

簡單來說，就是

1、建立連線時，客戶端傳送SYN包（SYN=i）到伺服器，並進入到SYN-SEND狀態，等待伺服器確認

2、伺服器收到SYN包，必須確認客戶的SYN（ack=i+1）,同時自己也傳送一個SYN包（SYN=k）,即SYN+ACK包，此時伺服器進入SYN-RECV狀態

3、客戶端收到伺服器的SYN+ACK包，向伺服器傳送確認報ACK（ack=k+1）,此包傳送完畢，客戶端和伺服器進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手，客戶端與伺服器開始傳送資料。

SYN攻擊：

在三次握手過程中，Server傳送SYN-ACK之後，收到Client的ACK之前的TCP連線稱為半連線（half-open connect），此時Server處於SYN_RCVD狀態，當收到ACK後，Server轉入ESTABLISHED狀態。SYN攻擊就是Client在短時間內偽造大量不存在的IP地址，並向Server不斷地傳送SYN包，Server回覆確認包，並等待Client的確認，由於源地址是不存在的，因此，Server需要不斷重發直至超時，這些偽造的SYN包將產時間佔用未連線佇列，導致正常的SYN請求因為佇列滿而被丟棄，從而引起網路堵塞甚至系統癱瘓。SYN攻擊時一種典型的DDOS攻擊，檢測SYN攻擊的方式非常簡單，即當Server上有大量半連線狀態且源IP地址是隨機的，則可以斷定遭到SYN攻擊了，使用如下命令可以讓之現行：

#netstat -nap | grep SYN_RECV

TCP四次揮手

所謂四次揮手（Four-Way Wavehand）即終止TCP連線，就是指斷開一個TCP連線時，需要客戶端和服務端總共傳送4個包以確認連線的斷開。在socket程式設計中，這一過程由客戶端或服務端任一方執行close來觸發，整個流程如下圖所示：

由於TCP連線時全雙工的，因此，每個方向都必須要單獨進行關閉，這一原則是當一方完成資料傳送任務後，傳送一個FIN來終止這一方向的連線，收到一個FIN只是意味著這一方向上沒有資料流動了，即不會再收到資料了，但是在這個TCP連線上仍然能夠傳送資料，直到這一方向也傳送了FIN。首先進行關閉的一方將執行主動關閉，而另一方則執行被動關閉，上圖描述的即是如此。

（1）第一次揮手：Client傳送一個FIN，用來關閉Client到Server的資料傳送，Client進入FIN_WAIT_1狀態。

（2）第二次揮手：Server收到FIN後，傳送一個ACK給Client，確認序號為收到序號+1（與SYN相同，一個FIN佔用一個序號），Server進入CLOSE_WAIT狀態。

（3）第三次揮手：Server傳送一個FIN，用來關閉Server到Client的資料傳送，Server進入LAST_ACK狀態。

（4）第四次揮手：Client收到FIN後，Client進入TIME_WAIT狀態，接著傳送一個ACK給Server，確認序號為收到序號+1，Server進入CLOSED狀態，完成四次揮手。

為什麼建立連線是三次握手，而關閉連線卻是四次揮手呢？

這是因為服務端在LISTEN狀態下，收到建立連線請求的SYN報文後，把ACK和SYN放在一個報文裡傳送給客戶端。而關閉連線時，當收到對方的FIN報文時，僅僅表示對方不再發送資料了但是還能接收資料，己方也未必全部資料都發送給對方了，所以己方可以立即close，也可以傳送一些資料給對方後，再發送FIN報文給對方來表示同意現在關閉連線，因此，己方ACK和FIN一般都會分開發送。

為什麼TIME_WAIT狀態需要經過2MSL(最大報文段生存時間)才能返回到CLOSE狀態？

原因有二：
一、保證TCP協議的全雙工連線能夠可靠關閉
二、保證這次連線的重複資料段從網路中消失

先說第一點，如果Client直接CLOSED了，那麼由於IP協議的不可靠性或者是其它網路原因，導致Server沒有收到Client最後回覆的ACK。那麼Server就會在超時之後繼續傳送FIN，此時由於Client已經CLOSED了，就找不到與重發的FIN對應的連線，最後Server就會收到RST而不是ACK，Server就會以為是連線錯誤把問題報告給高層。這樣的情況雖然不會造成資料丟失，但是卻導致TCP協議不符合可靠連線的要求。所以，Client不是直接進入CLOSED，而是要保持TIME_WAIT，當再次收到FIN的時候，能夠保證對方收到ACK，最後正確的關閉連線。

再說第二點，如果Client直接CLOSED，然後又再向Server發起一個新連線，我們不能保證這個新連線與剛關閉的連線的埠號是不同的。也就是說有可能新連線和老連線的埠號是相同的。一般來說不會發生什麼問題，但是還是有特殊情況出現：假設新連線和已經關閉的老連線埠號是一樣的，如果前一次連線的某些資料仍然滯留在網路中，這些延遲資料在建立新連線之後才到達Server，由於新連線和老連線的埠號是一樣的，又因為TCP協議判斷不同連線的依據是socket pair，於是，TCP協議就認為那個延遲的資料是屬於新連線的，這樣就和真正的新連線的資料包發生混淆了。所以TCP連線還要在TIME_WAIT狀態等待2倍MSL，這樣可以保證本次連線的所有資料都從網路中消失。

假設Client端發起中斷連線請求，也就是傳送FIN報文。

Server端接到FIN報文後，意思是說"我Client端沒有資料要發給你了"，但是如果你還有資料沒有傳送完成，則不必急著關閉Socket，可以繼續傳送資料。

所以你先發送ACK，"告訴Client端，你的請求我收到了，但是我還沒準備好，請繼續你等我的訊息"。這個時候Client端就進入FIN_WAIT狀態，繼續等待Server端的FIN報文。

當Server端確定資料已傳送完成，則向Client端傳送FIN報文，"告訴Client端，好了，我這邊資料發完了，準備好關閉連線了"。

Client端收到FIN報文後，"就知道可以關閉連線了，但是他還是不相信網路，怕Server端不知道要關閉，所以傳送ACK後進入TIME_WAIT狀態，如果Server端沒有收到ACK則可以重傳。

“Server端收到ACK後，就知道可以斷開連線了"。

Client端等待了2MSL後依然沒有收到回覆，則證明Server端已正常關閉。

那好，我Client端也可以關閉連線了。Ok，TCP連線就這樣關閉了！

*SYN：同步標誌
同步序列編號(Synchronize Sequence Numbers)欄有效。該標誌僅在三次握手建立TCP連線時有效。

*ACK：確認標誌
確認編號(Acknowledgement Number)欄有效。大多數情況下該標誌位是置位的。

*FIN：結束標誌
 帶有該標誌置位的資料包用來結束一個TCP會話，但對應埠仍處於開放狀態，準備接收後續資料