传输层的协议与应用（三次握手）

1TCP特性

1. 工作在传输层

2. 面向连接协议

3. 全双工协议

4. 半关闭

5. 错误检查

6. 将数据打包成段，排序

7. 确认机制

8. 数据恢复，重传

9. 流量控制，滑动窗口

更多关于tcp的内核参数，可参看man 7 tcp详细解释

tcp要先建立连接，

系统当中 每打开一个 进程 会 配 pid （系统中的编号，方便管理），其次会分配一个端口号

A pid 1 qq B pid 1 陌陌

端口号作用： 确定进程 qq

三类：

1.规定好的 知名的端口号 80 443 人为规定

2.系统随机分配（客户端 去访问服务端 系统会自动随机分配一个端口号给你）

3.人类自由使用 （写）

去访问服务器，

下载文件（ftp，tftp，nfs） ， 访问网页（apche nginx tomcat ISIS）

安装软件

提供服务 我的端口号一定要固定？？？？

客户端 ------》 服务端

0000000000000000-1111111 111 111111

0-65535

65536端口号

​

A 确认号 0 B 确认 号 0+1

B 回给A 确认号 0+1

tcp 面向连接， 在我真正 传输数据之前 先要打通传输数据的通道，A和B 要先建立连接

控制位：决定 A和 B 的连接 目前处于什么状态 （ 状态一共有11种了解）

ACK FIN SYN

tcp A 和 B 目前处于什么状态？？？

​ A 想 和 B 请求建立连接 状态 syn=1 同步位

​ A 和 B 已经建立连接状态 ACK=1

​ A 和 B 已经断开连接 fin=1

• **源端口、目标端口：**计算机上的进程要和其他进程通信是要通过计算机端口的，而一个计算机端口某个时刻只能被一个进程占用，所以通过指定源端口和目标端口，就可以知道是哪两个进程需要通信。源端口、目标端口是用16位表示的，可推算计算机的端口个数为2^16个,即 65536 （0-65535）

• **序列号：**表示本报文段所发送数据的第一个字节的编号。在TCP连接中所传送的字节流的每一个字节都会按顺序编号。由于序列号由32位表示，所以每2^32个字节，就会出现序列号回绕，再次从0 开始 无限循环

• 确认号：（ack）表示接收方期望收到发送方下一个报文段的第一个字节数据的编号。也就是告诉发送方：我希望你（指发送方）下次发送的数据的第一个字节数据的编号为此确认号：传输是否有问题？

• 数据偏移／首部长度：表示TCP报文段的首部长度，共4位，由于TCP首部包含一个长度可变的选项部分，需要指定这个TCP报文段到底有多长。它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。该字段的单位是32位(即4个字节为计算单位），4位二进制最大表示15，所以数据偏移也就是TCP首部最大60字节

• 控制位

  URG（紧急位）：表示本报文段中发送的数据是否包含紧急数据。后面的紧急指针字段（urgent pointer）只有当URG=1时才有效

  **ACK（确认位）：**表示是否前面确认号字段是否有效。只有当ACK=1时，前面的确认号字段才有效。TCP规定，连接建立后，ACK必须为1,带ACK标志的TCP报文段称为确认报文段

  **PSH（急切位）：**提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间。如果为1，则表示对方应当立即把数据提交给上层应用，而不是缓存起来，如果应用程序不将接收到的数据读走，就会一直停留在TCP接收缓冲区中

  **RST（重置位）：**如果收到一个RST=1的报文，说明与主机的连接出现了严重错误（如主机崩溃），必须释放连接，然后再重新建立连接。或者说明上次发送给主机的数据有问题，主机拒绝响应，带RST标志的TCP报文段称为复位报文段

  **SYN（同步位）：**在建立连接时使用，用来同步序号。当SYN=1，ACK=0时，表示这是一个请求建立连接的报文段；当SYN=1，ACK=1时，表示对方同意建立连接。SYN=1，说明这是一个请求建立连接或同意建立连接的报文。只有在前两次握手中SYN才置为1，带SYN标志的TCP报文段称为同步报文段

  **FIN（断开位）：**表示通知对方本端要关闭连接了，标记数据是否发送完毕。如果FIN=1，即告诉对方：“我的数据已经发送完毕，你可以释放连接了”，带FIN标志的TCP报文段称为结束报文段

• **窗口大小：**表示现在允许对方发送的数据量，也就是告诉对方，从本报文段的确认号开始允许对方发送的数据量，达到此值，需要ACK确认后才能再继续传送后面数据，由Window size value * Window size scaling factor（此值在三次握手阶段TCP选项Window scale协商得到）得出此值

• **校验和：**提供额外的可靠性紧急指针：标记紧急数据在数据字段中的位置

• **选项部分：**其最大长度可根据TCP首部长度进行推算。TCP首部长度用4位表示，选项部分最长为：(2^4-1)*4-20=40字节

windows：
tasklist 
#查看所有进程
tasklist |findstr wemeet
#查找相关进程
netstat -no |findstr 端口号
#查看实际占用端口

传输层通过port号，确定应用层协议，范围0-65535

IANA互联网数字分配机构负责域名，数字资源，协议分配  端口，IP
0-1023：系统端口或特权端口(仅管理员可用) ，众所周知，永久的分配给固定的系统应用使用，22/tcp(ssh), 80/tcp(http), 443/tcp(https)



1024-49151：用户端口或注册端口，但要求并不严格，分配给程序注册为某应用使用，1433/tcp(SqlServer),1521/tcp(oracle),3306/tcp(mysql),11211/tcp/udp (memcached)


49152-65535：动态或私有端口，客户端随机使用端口，范围定义：/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
linux  32768	60999
 


你打开一个游戏    系统会分配给你一个端口号 
认为设置
1024-49151  ~
系统自动分配  



49152-65535
linux系统自动分配端口范围   32768~60999    去访问服务器

tcp3次握手
(pc1发送syn报文（数据包序列号为x） 并请求与pc2进行连接

pc2发送给pc1一个syn报文（数据包序列号为y），希望下次pc1回复的数据包为x+1，并同意与pc1进行连接

pc1收到并回复pc2的报文，希望下次pc2发送的数据包为y+1，确认与pc2进行连接)
当pc1想和pc2建立起连接 将 连接信息写入报文

第一步 ：pc1会发送一个 建立连接的请求报文 ： 这个报文中 有

1. 报文的序号（seq=x）
2. 同步位（请求建立连接关系： SYN=1 ACK=0 控制位：当前两台机器处于什么状态？ 建立连接 处于连接 断开连接 ）

第二步： 当pc2 收到消息以后 是不是要回复一个报文

1. 报文的序号 （seq=y）
2. ack确认号（ 我希望你下一次发送 x+1 序号的报文给你 ）
3. 控制位 SYN=1 ACK=1 请求建立连接 pc2 同意建立连接

第三步：收到 pc2 同意建立连接的报文后

1.会发送一个x+1报文

2.会告诉对方 我希望你下次 发送y+1的序号报文给我

3.最后 将ACK=1 封装进去

tcp是面向连接的，就是说每次发送数据之前都要和对方建立一条可靠的连接，这个建立连接的过程分为3个步骤，就叫做三次握手

当客户端向服务器发送请求连接的报文时：
Seq序列号=x（x为随机）
SYN=1（表示发送连接请求）

服务器端收到客户端发来的请求报文后，同意建立连接，则向客户端发送确认报文：
Seq序列号=y（这时服务器也会产生一个序列号y，和客户端的序号不相关）
Ack确认号=x+1（Seq序列号x+1，表示确认收到了客户端的请求）
ACK=1（表示这是条确认请求）
SYN=1（同时也发送一个建立连接的请求）

客户端进程收到服务端进程的确认后，还要向服务端给出确认，然后连接成功建立：
Seq序列号=x+1（这时客户端的序号为1）
Ack确认号=y+1（表示确认收到了服务器的连接请求）
ACK=1（表示这是确认报文）

MSL :Maximum Segment Lifetime 解除 连接关系

有限状态机（扩展）

1. CLOSED 没有任何连接状态
2. LISTEN 侦听状态，等待来自远方TCP端口的连接请求 （服务开启 http（进程） 80端口在帮进程 看着 有没有人找 http ）
3. SYN-SENT 在发送连接请求后，等待对方确认
4. SYN-RECEIVED 在收到和发送一个连接请求后，等待对方确认
5. ESTABLISHED 代表传输连接建立，双方进入数据传送状态
6. FIN-WAIT-1 主动关闭,主机已发送关闭连接请求，等待对方确认
7. FIN-WAIT-2 主动关闭,主机已收到对方关闭传输连接确认，等待对方发送关闭传输连接请求
8. TIME-WAIT 完成双向传输连接关闭，等待所有分组消失
9. CLOSE-WAIT 被动关闭,收到对方发来的关闭连接请求，并已确认
10. LAST-ACK 被动关闭,等待最后一个关闭传输连接确认，并等待所有分组消失
11. CLOSING 双方同时尝试关闭传输连接，等待对方确认

客户端先发送一个FIN给服务端，自己进入FIN_WAIT_1状态，这时等待接收服务端报文，该报文会有三种可能：

• 只有服务端的ACK
• 只有服务端的FIN
• 基于服务端的ACK，又有FIN

[root@localhost ~]#iptables -A OUTPUT -d 192.168.91.100 -j DROP
#
[root@localhost ~]#ssh 192.168.91.101

[root@localhost ~]#ss -nta

[root@localhost ~]#tcpdump -i ens33 -nn port 22 and host 192.168.91.100


/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog    #未完成连接队列大小，默认值128,建议调整大小为1024以上     
/proc/sys/net/core/somaxconn              #完成连接队列大小，默认值128,建议调整大小为1024以上

TCP超时重传

异常网络状况下（开始出现超时或丢包），TCP控制数据传输以保证其承诺的可靠服务

TCP服务必须能够重传超时时间内未收到确认的TCP报文段。为此，TCP模块为每个TCP报文段都维护一

个重传定时器，该定时器在TCP报文段第一次被发送时启动。如果超时时间内未收到接收方的应答，

TCP模块将重传TCP报文段并重置定时器。至于下次重传的超时时间如何选择，以及最多执行多少次重

传，就是TCP的重传策略

3.TCP三次握手(非常重要）

TCP建立连接的过程称为三次握手。
3.1 为什么要三次握手

我们假设客户端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服务端。本来这是一个早已失效的报文段。但服务端收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是客户端再次发出的一个新的连接请求。于是就向客户端发出确认报文段，同意建立连接。

假设不采用“三次握手”，那么只要服务端发出确认，新的连接就建立了。由于现在客户端并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬服务端的确认，也不会向服务端发送数据。但服务端却以为新的运输连接已经建立，并一直等待客户端发来数据。这样，服务端的很多资源就白白浪费掉了。

所以，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，客户端不会向服务端的确认发出确认。服务端由于收不到确认，就知道客户端并没有要求建立连接。
3.2 具体过程详解

以上图为例，来详细讲解一下三次握手。（客户端----->服务端）

客户端和服务端为传输之前，都处于closed状态。

第一次握手：客户端向服务端发送SYN报文，请求和服务端建立连接。
发送完成后，客户端进入客户端进入SYN_SENT状态并且等待服务端的确认。

SYN报文中包含：

-随机序列号 以x举例 seq=x

-控制位 SYN(同步位）置为1 SYN=1

seq =x,SYN=1

第二次握手：服务端会持续监听（Listen）,接收到客户端的请求后，根据SYN报文中的SYN=1 ，知道了客户端请求建立连接。

发送SYN+ACK报文，用于二次确认客户端的连接请求。
发送完成后，服务端进入SYN-RECEIVED 状态并等待客户端的回应。

SYN+ACK报文中包含：

-随机序列号 以y 举例 seq =y

-确认号（将客户端的序列号+1 设为自己的确认号） ack = x +1 //期望下一次收到序列号为x+1的数据 ，收不到不会同意建立连接。

-控制位 SYN =1 ACK=1 //表示同意建立新连接

SYN=1 ,ACK=1,seq=y ,ack =x+1

第三次握手：客户端收到服务端的再次确认请求后，确认请求，然后向服务端发送ACK报文，来二次确认想建立连接。

ACK报文中包含：

-序列号 服务端的确定号 seq=x+1

-确认号 ack= y +1 // 表示已经收到了服务端发送的报文 并将 服务端报文的序列号+1作为自己的确认号

-控制位 ACK(确认位) 置1 ACK=1 //表示确认服务端的确认请求。

seq= x+1, ack=y+1 ,ACK=1

三次握手后，客户端和服务端可以正常通信，客户端和服务端处于ESTABLISHED状态。
3.3 状态分析

closed状态：初始状态，表示TCP连接是“关闭着的”或“未打开的”
listen状态：监听状态，等待来自远方TCP端口的连接请求
SYN_SENT状态：表示客户端已发送SYN报文，等待服务端的确认
SYN-RECEIVED 状态：在收到和发送一个连接请求后，等待对方确认
ESTABLISHED状态表示TCP连接已经成功建立，服务端和客户端建立数据连接