TCP/IP协议三次握手和四次挥手之抓包详解

1、TCP/IP： 传输控制协议/网际协议

它是互联网的核心技术，并不是某一个协议而且协议的一个集合T![ （1）源端口和目的端口：各占16bit，端口是传输层与应用层的服务端口。

以HTTP为例，从下往上走分 物理链路层（802.3，802.11，eth）-IP网络层 -传输层（TCP/UDP）-应用层（ HTTPFTP TELNET TFTP）
TCP头20字节：
（1）源端口和目的端口：各占16bit，端口是传输层与应用层的服务端口。
（2）序号字段：seq序号(小写)，占32bit。TCP连接中传送的数据流中的每个字节都编上一个序号。序号字段值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序号(小写)，占32bit。 是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。只有ACK标志位为1时，确认号字段才有效，ACK=SEQ+1.
（4） 标志位（大写）： 共六个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN。
a、紧急比特URG：当URG=1时，表明紧急指针字段有效。它告诉系统 此报文段中有紧急数据， 应尽快传送。
b、确认比特ACK：只有当ACK=1时确认号字段才有效，等于零时无效。
c、推送比特PSH：接收TCP收到推送比特 置1的报文段，就尽快交付给接受应用进程，而不用等到整个缓存都填满了后再向上交付。
d、复位比特RST：当RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接， 然后再重新连接。
e、同步比特SYN：SYN为1时，表示 这是一个连接请求或连接接受报文。
f、 终止比特FIN：用来释放一个连接。当FIN=1时，表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。
（5） 数据偏移：占4bit，它指出TCP 报文段的数据的起始处 距离TCP报文段的起始处有多远。
（6） 窗口字段：占16bit，窗口字段用来控制对方发送的数据量，单位 为字节。
（7）检验和：占16bit，检验和字段检验的范围 包括首部和数据两部分。在计算检验和 时，要在TCP报文段的前面加上12字节的伪首部。
（8）紧急指针字段：占16bit，紧急指针指出在本报文段中的紧急数据的最后一个字节的序号。
（9）选项字段：长度可变，TCP只规定一种选项，即最大 报文段长度MSS（Maxinum Segment Size）。
（10）保留字段：占6bit，目前应置为0。

二、TCP建立连接时有三次握手，断开连接时候为四次分手

三次握手：

网络上很多的解释三次握手有很多解释错误的，这里我使用抓包工具，让大家看着报文来说明这个过程
先上图：

注：理解三次握手的过程首先要理解上文中TCP报文段头部格式的几个名词
文字过程：

第一次握手：

首先客户端和服务器都是出于关闭状态（CLOSE），客户端A首先发起连接给B服务器，A会将请求报文中的标志位（大写）SYN=1 ACK =0（ACK缺省0），随机生成一个***(小写)seq = x(通常在建立连接时候为0，如下图)，服务端recv到报文识别SYN=1,得知这是一个TCP连接请求数据报文（需要在内核申请fd，开辟空间），序号seq=x，表示传输数据时的第一个数据字节的序号是x（TCP是有序传输）；
客户端A进入:SYN_SENT状态
有兴趣的朋友可以使用我方法也试一试，过滤设置为：tcp.flag
第一行就是A----->B请求报文，通常第一个***seq=0,即X为0；
SYN 占1bit位 Set 为1

第二次握手：

服务器B端收到请求报文，回复收到确认包，SYN=1，ACK=1(表示这是一个TCP连接响应数据报文)，ack=seq+1,seq=y(同时包含主机B的初始***seq(B)=y，以及主机B对主机A初始***的确认号ack(B)=seq(A)+1=x+1，表示我下一个要收到的报文是x+1)
服务端B进入SYN_RCVD状态；

第三次握手

主机A要收主机B的确认报文，检查ack是否为x+1，ACK是否为1，如果正确在给服务端发送一个***seq(A)=x+1和确认号为ack(A)=y+1的报文 （ack(A)=y+1 表示下一个报文需要收到这个***的包）；
A和B都进入ESTABLISED状态

四次挥手：

四次挥手是可以两端任意发起的，因为TCP是全双工通信的,以客户端发起为例

第一次挥手

Client发送一个FIN = 1，序号seq=u，主动发起并停止再发送数据 ，关闭Client到Server的数据传送，等待B端的确认；
Client进入FIN_WAIT_1状态；

第二次挥手

B收到连接释放报文段后即发出确认报文段，（ACK=1，确认号ack=u+1，序号seq=v），B进入CLOSE-WAIT（关闭等待）状态，此时的TCP处于半关闭状态，A到B的连接释放,但是B到A还未释放；

第三次挥手

A收到B的确认后，进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待B发出的连接释放报文段 FIN = 1 Seq=w, ACK=1 ack=u+1。

第四次挥手

A收到B的连接释放报文段后，对此发出确认报文段（ACK=1，seq=u+1，ack=w+1），A进入TIME-WAIT（时间等待）状态。此时TCP未释放掉，需要经过时间等待计时器设置的时间2MSL后，A才进入CLOSED状态。

总结四次挥手过程：

起初A和B处于ESTABLISHED状态——A发出连接释放报文段并处于FIN-WAIT-1状态——B发出确认报文段且进入CLOSE-WAIT状态——A收到确认后，进入FIN-WAIT-2状态，等待B的连接释放报文段——B没有要向A发出的数据，B发出连接释放报文段且进入LAST-ACK状态——A发出确认报文段且进入TIME-WAIT状态——B收到确认报文段后进入CLOSED状态——A经过等待计时器时间2MSL后，进入CLOSED状态。
【问题】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。

TCP协议能够实现报文的拥塞控制和流量控制

下期总结