Java随笔-TCP

概述

• TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，然后开始数据读写，通信完成后断开连接。因为是面向连接的，所以只能适合端对端的通信。
• TCP提供的是可靠的数据流服务，当数据流大的时候，数据会被拆分发送，所以超时重传机制和应答确认机制就至关重要。超时重传的时长是根据网络情况动态调整的，抽样统计一个数据包由发送到接收再到回复的时长，这个时间为RTT，也就往返时延，最后通过各种算法和公式平滑RTT确定重传超时时长。
• 因为有分包机制，所以进行数据传输时并不能保证数据包按照顺序到达，TCP就会对数据包进行错误检查，有损坏的可以被重传，没有损坏的按照序号对包进行排序，确保数据的正确性。
• 因为发送端和接收端的能力不同，所以TCP会根据实际接受能力来限制发送方的发送速度来进行流量控制，这种控制方式叫滑动窗口。
• TCP属于全双工，也即是通信的双方都可以同时传输数据。

三次握手

三次握手是TCP在提供面向有连接的通信传输之前做的准备工作，确保连接可靠。三次握手是指建立一个TCP连接时需要客户端和服务端总共发送三个包来确认连接的建立。

握手流程

第一次握手：客户端将标志位SYN标记为1，随机产生seq=J，并将该数据包发送给服务器，此时客户端进行SYN_SENT状态，等待服务器的确认。

第二次握手：服务器接收到客户端发送的数据包，由SYN=1知道客户端请求建立连接的请求，服务器将标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1，随机产生seq=K，并将数据包发送给客户端，表示确认收到客户端建立连接的请求，此时服务器进入SYN_RCVD状态。

第三次握手：客户端收到数据包后，检查ack是否等于J+1，ACK是否等于1，如果都等于，将ack=K+1，ACK=1的数据包发送给服务器，服务器检查ack是否等于K+1，ACK是否等于1。如果都等于则连接建立成功，服务器和客户端都进入ESTABLISHED状态，此时三次握手完成，客户端和服务器之间可以进行数据传输。

为什么需要三次？

为了实现可靠传输，TCP通信的双方都必须维持一个序列号，以标识发送出去的数据那些被收到了。假设序列号为100，发送10byte的数据，接收方接收后回复确认号110=100+10，表示已收到接收方的数据包，下一个数据包从111开始。
如果是两次，最多只有发送方的起始序列号被确认，另一方的选择序列号得不到确认。
如果是四次，三次之后双方已经知道彼此的序列号的起始值，也确认了对方也知道了，第四次就多余了。

SYN洪范攻击

因为服务器在收不到客户端的握手结果就会被拖累，当客户端的第一次握手的IP是伪造的，服务器收到后进行第二次握手，IP是伪造的，数据包发送到其他地方，客户端接收不到，所以第二次握手没有结果，没有结果服务器就会被拖累，死机。使用防火墙即可。

四次挥手

终止TCP连接需要通信双方发送4个数据包才能确认断开，由于TCP是全双工的，所以每一个方向都需要单独关闭。

1. 应用程序调用close，执行主动关闭操作，发送FIN分节，发送完毕后，程序进入FIN_WAIT_1。
2. 被动关闭端收到数据包后发出确认报文，表示没有额外的数据可以接收，然后进入CLOSE_WAIT状态，处于半关闭状态。主动关闭端收到确认报文后进入FIN_WAIT_2状态。
3. 一段时间后，被动关闭端调用close关闭自己的套接字，此时也会发送FIN给主动关闭端。
4. 主动关闭端收到报文后，发送ACK确认报文，然后进入TIME_WAIT状态，此时TCP还没有释放，经过2*MSL时间，也就是两个IP数据报存活最长时间后进入CLOSED状态。
5. 被动关闭端收到确认报文后立即进入CLOSED状态，同时撤回TCB，所有被动关闭端关闭TCP连接时间要早一些。
   某些情形下，第二步和第三步可以合成一步。

为什么需要四次？

因为是全双工的，通信双方都需要单独关闭。第一次告诉对方我没有数据要发送了，第二次对方说我知道了，第三次对方说我也没有数据要发送了，第四次我知道你也没有数据要发送了。然后双方彻底关闭。