iOS開發筆記--Http、TCP、UDP等協議分析

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  TCP/IP協議:TCP/IP協議三向交握與四次握手流程解析

一、TCP報文格式
  TCP/IP協議的詳細資料參看《TCP/IP協議詳解》三卷本。下面是TCP報文格式圖：

圖1 TCP報文格式
  中有幾個欄位需要重點介紹下：
  （1）序號：Seq序號，佔32位，用來標識從TCP源端向目的端發送的位元組流，發起方發送資料時對此進行標記。
  （2）確認序號：Ack序號，佔32位，只有ACK標誌位為1時，確認序號欄位才有效，Ack=Seq+1。
  （3）標誌位：共6個，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具體含義如下：
  （A）URG：緊急指標（urgent pointer）有效。
  （B）ACK：確認序號有效。
  （C）PSH：接收方應該儘快將這個報文交給應用程式層。
  （D）RST：重設串連。
  （E）SYN：發起一個新串連。
  （F）FIN：釋放一個串連。

 需要注意的是：
  （A）不要將確認序號Ack與標誌位中的ACK搞混了。
  （B）確認方Ack=發起方Req+1，兩端配對。 

二、三向交握
  所謂三向交握（Three-Way Handshake）即建立TCP串連，就是指建立一個TCP串連時，需要用戶端和服務端總共發送3個包以確認串連的建立。在socket編程中，這一過程由用戶端執行connect來觸發，整個流程如所示：

圖2 TCP三向交握
  （1）第一次握手：Client將標誌位SYN置為1，隨機產生一個值seq=J，並將該資料包發送給Server，Client進入SYN_SENT狀態，等待Server確認。
  （2）第二次握手：Server收到資料包後由標誌位SYN=1知道Client請求建立串連，Server將標誌位SYN和ACK都置為1，ack=J+1，隨機產生一個值seq=K，並將該資料包發送給Client以確認串連請求，Server進入SYN_RCVD狀態。
  （3）第三向交握：Client收到確認後，檢查ack是否為J+1，ACK是否為1，如果正確則將標誌位ACK置為1，ack=K+1，並將該資料包發送給Server，Server檢查ack是否為K+1，ACK是否為1，如果正確則串連建立成功，Client和Server進入ESTABLISHED狀態，完成三向交握，隨後Client與Server之間可以開始傳輸資料了。
 
  SYN攻擊：
  在三向交握過程中，Server發送SYN-ACK之後，收到Client的ACK之前的TCP串連稱為半串連（half-open connect），此時Server處於SYN_RCVD狀態，當收到ACK後，Server轉入ESTABLISHED狀態。SYN攻擊就是Client在短時間內偽造大量不存在的IP地址，並向Server不斷地發送SYN包，Server回複確認包，並等待Client的確認，由於源地址是不存在的，因此，Server需要不斷重發直至逾時，這些偽造的SYN包將產時間佔用未串連隊列，導致正常的SYN請求因為隊列滿而被丟棄，從而引起網路堵塞甚至系統癱瘓。SYN攻擊時一種典型的DDOS攻擊，檢測SYN攻擊的方式非常簡單，即當Server上有大量半串連狀態且源IP地址是隨機的，則可以斷定遭到SYN攻擊了，使用如下命令可以讓之現行：
  #netstat -nap | grep SYN_RECV

 

三、四次揮手
 三向交握耳熟能詳，四次揮手估計就，所謂四次揮手（Four-Way Wavehand）即終止TCP串連，就是指斷開一個TCP串連時，需要用戶端和服務端總共發送4個包以確認串連的斷開。在socket編程中，這一過程由用戶端或服務端任一方執行close來觸發，整個流程如所示：

圖3 TCP四次揮手
  由於TCP串連時全雙工系統的，因此，每個方向都必須要單獨進行關閉，這一原則是當一方完成資料發送任務後，發送一個FIN來終止這一方向的串連，收到一個FIN只是意味著這一方向上沒有資料流動了，即不會再收到資料了，但是在這個TCP串連上仍然能夠發送資料，直到這一方向也發送了FIN。首先進行關閉的一方將執行主動關閉，而另一方則執行被動關閉，描述的即是如此。
  （1）第一次揮手：Client發送一個FIN，用來關閉Client到Server的資料傳送，Client進入FIN_WAIT_1狀態。
  （2）第二次揮手：Server收到FIN後，發送一個ACK給Client，確認序號為收到序號+1（與SYN相同，一個FIN佔用一個序號），Server進入CLOSE_WAIT狀態。
  （3）第三次揮手：Server發送一個FIN，用來關閉Server到Client的資料傳送，Server進入LAST_ACK狀態。
  （4）第四次揮手：Client收到FIN後，Client進入TIME_WAIT狀態，接著發送一個ACK給Server，確認序號為收到序號+1，Server進入CLOSED狀態，完成四次揮手。
  上面是一方主動關閉，另一方被動關閉的情況，實際中還會出現同時發起主動關閉的情況，具體流程如：
圖4 同時揮手
  流程和狀態在中已經很明了了，在此不再贅述，可以參考前面的四次揮手解析步驟。

 

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