TCP特性

  • ACK:TCP协议规定,只有ACK=1时有效,且连接建立后所有发送报文的ACK必须为1;
  • SYN:连接建立时用来同步序号。
    • 当SYN=1,ACK=0时,表明这是一个连接请求报文,对方若同意建立连接,则应该在响应报文中使用SYN=1,ACK=1,因此,SYN=1就表示这是一个链接请求或连接接收报文;
  • FIN:用来释放一个链接。当FIN=1时,表明此报文段发送方的数据已经发送完毕,并要求释放连接;

TCP面向连接的协议

TCP提供的是一种可靠数据流服务,数据可能被拆分后发送,因此采用超时重传机制应答确认机制是组成TCP可靠重传的关键设计;

RTT:round-trip-time,每次请求和响应的响应时间;会根据最近一段时间的实际网络情况请求响应时间计算最新的rtt;

  • 序列号:序列号用来判断哪些报文需要发送,比如某次数据包被拆分为3个数据包发送,分别为包1、包2、包3,其中包1、包2服务端已经响应成功,但是在超时响应时间之后,包3一直没有响应,此时客户端会将seq_no设置为上次发送包3时的值,重新发送包3的内容,从而避免发送重复数据的目的;
  • 流量控制:如果服务端处理数据能力不足时,服务端会同步给客户端在滑动窗口之内,最多可以接收多少个数据报文;客户端自己限流发送;
  • 全双工:客户端和服务端同一时刻可以同时发送和接收数据;
    • mysql是应用层的半双工

TCP的三次握手

  • 第一次握手:客户端向服务端发送一个请求连接的报文段,SYN=1 seq=c,客户端发送完报文之后,进入SYN_SENT状态;
  • 第二次握手:服务端收到SYN报文段,会对SYN报文段进行确认校验,SYN=1 ACK=1 seq=r ack=c+1,发送响应报文后,进入SYN_RECV状态;
  • 第三次握手:客户端收到服务端报文段,设置ACK=1 seq=c+1 ack=r+1,客户端发送报文后,并进入ESTABLISHED状态;
    • 服务端收到客户端第三次握手响应之后,进入ESTABLISHED状态;

为什么要设置为三次握手?

“已失效的连接请求报文段”场景:

   client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失,而是在某个网络结点长时间的滞留了,以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后,就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段,同意建立连接。

        假设不采用“三次握手”,那么只要server发出确认,新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求,因此不会理睬server的确认,也不会向server发送数据。但server却以为新的连接已经建立,并一直等待client发来数据。这样,server的很多资源就白白浪费掉了。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况,client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认,就知道client并没有要求建立连接。”,防止了服务器端的一直等待而浪费资源。

TCP建立连接,通过三次握手能防止历史连接的建立,减少双方不必要的资源开销,能帮助双方同步初始化序列号。序列号能保证数据包不重复,不丢序和按序传输。
不使用「两次握手」和「四次握手」的原因:

  • 「两次握手」:无法防止历史连接的建立,会造成双方资源的浪费,也无法可靠的同步双方序列号;
  • 「四次握手」:理论上三次握手可以建立可靠的连接通道,无需再最近其他握手次数;

第三次握手失败了怎么办?

  • 服务端:

第三次的ACK在网络中丢失,那么服务端该TCP连接的状态为SYN_RECV,并且会根据 TCP的超时重传机制,会等待3秒、6秒、12秒后重新发送SYN+ACK包,以便客户端重新发送ACK包。
如果重发指定次数之后,服务端仍然未收到客户端的ACK应答,那么一段时间后(大概64s),服务端会给客户端发送RTS报文(连接重置),并进入CLOSED状态,防止SYN洪泛攻击,客户端收到RTS报文后,会关闭连接;

  • 客户端:

客户端认为这个连接已经建立,如果客户端向服务端发送数据,服务端将以RST包(Reset,标示复位,用于异常的关闭连接)响应。此时,客户端知道第三次握手失败。

SYN洪泛攻击

  • 定义:通过网络服务所在的端口发送大量伪造原地址的攻击报文,发送到服务端,造成服务端上的半开连接队列被占满,从而阻塞其他用户进行访问;
  • 原理:
    • 攻击者客户端利用伪造的IP地址向服务端发送请求(第一次握手),而服务端的响应(第二次握手)的报文将永远没有真实的客户端进行响应,此时服务端会持续等待伪造的客户端发送回来的响应(第三次握手),实际上因为这些伪造的第一次握手请求,都是伪造的,根本不会有第三次握手响应,但是服务端在等待这种半开连接过程中消耗了实际处理资源,如果有大量的这种链接,服务端资源将会被耗尽,从而达到攻击目的;
  • 解决方案:
    • 无效链接监控释放
    • 延缓TCB分配
    • 防火墙:防火墙确认IP是有效的才会将链接发送后后端;

TCP四次挥手

  • 定义:某一端(客户端或服务端)需要结束断开连接,需要进行四次分手;

为什么需要四次挥手?

TCP是双全工(即客户端和服务端可以互相发送和接收请求),所有需要双方都确认关闭连接;

  • 当主机1发出FIN报文时,表示主机1已经没有数据要发送了,主机1通知主机2,它的数据全部发送完毕;此时主机1还是可以接收来自主机2的数据;
  • 当主机2返回ACK报文段时,表示主机2已经知道主机1没有数据发送了,但是主机2还是可以发送数据到主机1;
  • 当主机2也发送了FIN报文段时,表示主机2也没有数据要发送了,就会通知主机1,它也没有数据要发送了;
  • 之后主机1和主机2就会关闭当前TCP连接;

连接问题

有很多的 IOT 设备与服务端建立连接,当增加设备并发请求变多,TCP连接数在接近1024个时,可用TCP连接数会降到200左右并且无法建立新连接,而且分析应用服务的GC和内存情况均未发现异常?

TCP 三次握手,给我长脸了噢-腾讯云开发者社区-腾讯云

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