本文主要总结有关TCP三次握手以及四次挥手的知识点。
I、TCP报文结构
1.1 初识TCP报文
为了更好的理解TCP建立连接与释放连接的过程，我们不妨先了解TCP报文结构。
TCP报文包含首部和数据部分：
重点认识一下TCP首部结构：
1.2 首部报文详解
1、源端口与目的端口：
各占两个字节，共4个字节。用来告知主机该报文的源与目的。
2、序号（seq number）
由于TCP是面向流的有序可靠连接，在一个TCP连接中传输的字节流中的每个字节都需要按顺序编号。
序号字段指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。
3、确认号（ack number）
表示期望收到对方下一个报文段的序号值，同时表示前面的序号值都已经成功接收，体现累积确认机制。
4、确认ACK
当ACK=1时，确认号有效。
5、同步SYN
当SYN=1时，表明这是一个请求连接报文段。
6、终止FIN
当FIN=1时，表示此报文段的发送方的数据已发送完毕，要求释放TCP连接。
7、 窗口大小（window size）
流量控制中的滑动窗口大小，根据接收方的接收缓冲区剩余大小设置。
II、TCP连接与释放
TCP 的整个交流过程可以总结为：建立连接，传输数据，释放连接。
2.1 建立连接过程
TCP连接的建立采用客户端-服务器模式，我们将主动方成为客户端（Client），被动方成为服务器（Server）。
1、第一次握手：Client主动打开连接，发送TCP报文（SYN = 1，seq = i），进行第一次握手，进入SYN_SEND状态；
2、第二次握手： Server收到了SYN报文，发送返回报文（ACK = 1，SYN = 1，ack = i+1， seq = j），进行第二次握手，进入SYN_RCVD状态；
3、 第三次握手： Client收到来自Server的报文，返回ACK报文（ACK = 1， ack = j+1，seq = i+1），进行第三次握手，进入ESTABLISHED状态； 另外，第三次握手一般已经可以携带数据了。
2.1 释放连接过程
TCP有一个特别的概念叫做半关闭，这个概念是说，TCP连接时全双工的连接，因此在关闭连接的时候，必须关闭传送和接收两个方向上的连接。
1、第一次挥手： Client发送关闭连接报文段（FIN= 1， seq = n），进入FIN_WAIT_1状态；
2、第二次挥手： Server收到来自Client的FIN之后，立即返回一个ACK=1报文段（ack = n+1），进入CLOSE_WAIT状态；
此时Server还是可以发送数据给Client。
3、第三次挥手： 当Server确定所有数据都发送完毕之后，发送FIN=1报文段（seq = m），进入LAST_ACK状态；
4、第四次挥手： Client收到之后，返回ACK=1报文段（ack = m+1），进入TIME_WAIT状态；
Client等待2MSL（MSL，最长报文段寿命）之后进入CLOSED状态，Server收到最后一个ACK之后，也进入CLOSED状态。
2.3 TCP连接与释放图示
III、SYN Flood攻击
3.1 问题描述
在三次握手过程中，Server发送第二次握手报文之后，收到Client的ACk之前的状态称为半连接状态。在半连接状态的Server会为其认为即将完成连接的Client分配资源。
而SYN Flood攻击就是，在短时间内伪造大量不存在的IP地址，向Server不断发送SYN包，Server为这些伪造的Client分配资源，并返回SYN+ACK报文段，由于IP地址无效，所以Server不会收到第三次握手的ACK，需要不断发送直至超时，这些伪造的Client长时间占用未连接队列与Server预分配的资源，造成Server崩溃，无法响应正常的SYN包。
3.2 问题解决
1、SYN cookies技术：先不分配数据区，而根据SYN计算一个cookies值，当收到Client的ACk之后，再进行对比，分配资源。
2、增大最大半连接和缩短超时时间。
IV、TIME_WAIT状态
4.1 TIME_WAIT状态的作用
1、TIME_WAIT状态能确保Server正常进入CLOSE状态：
TIME_WAIT状态是在Client发完最后一个ACK之后进入的状态，如果这个ACK丢失，则Server不能确认进入CLOSE状态，超时后，Server会重新发送FIN报文段，此时处于TIME_WAIT状态的Client就能收到FIN，重发ACK，确保四次挥手完成。
2、TIME_WAIT状态有净空的效果：
防止已经失效的连接请求出现在下次连接中。经过TIME_WAIT状态，可以使本连接内的所有请求都在网络中消失（从而起到净空的效果，不会赢下下一次连接）。
4.2 大量TIME_WAIT状态
1、 只有主动close一方才会出现TIME_WAIT状态，只有TCP连接为短连接情况下才有可能出现大龄的TIME_WAIT状态。
2、服务器使用短连接，每次客户端请求后，服务器都会主动发送FIN关闭连接。最后进入TIME_WAIT状态。由此，如果访问量过大的Web Server，会存在大量的TIME_WAIT状态。
可以通过修改内核参数，快速回收TIME_WAIT资源。
3、如果一直存在大量TIME_WAIT状态，回收不及时的话，会占用大量服务器资源，可能造成该无法提供服务的问题。
【参考】
[1] 理解TCP 和 UDP
[2] 《计算机网络》
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