Linux进程间通信-IPC&TCP协议

IPC

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三次握手过程

TCP握手协议

在TCP/IP协议中,TCP协议提供可靠的连接服务,采用三次握手建立一个连接.
第一次握手:建立连接时,客户端发送syn包(syn=j)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认;
SYN:同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)
第二次握手:服务器收到syn包,必须确认客户的SYN(ack=j+1),同时自己也发送一个SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态;
第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手.

TCP报文格式

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上图中有几个字段需要重点介绍下:
(1)序号:Seq序号,占32位,用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流,发起方发送数据时对此进行标记。
(2)确认序号:Ack序号,占32位,只有ACK标志位为1时,确认序号字段才有效,Ack=Seq+1。
(3)标志位:共6个,即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等,具体含义如下:
(A)URG:紧急指针(urgent pointer)有效。
(B)ACK:确认序号有效。
(C)PSH:接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
(D)RST:重置连接。
(E)SYN:发起一个新连接。
(F)FIN:释放一个连接。
需要注意的是:
(A)不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。
(B)确认方Ack=发起方Req+1,两端配对。
SYN攻击:
  在三次握手过程中,Server发送SYN-ACK之后,收到Client的ACK之前的TCP连接称为半连接(half-open connect),此时Server处于SYN_RCVD状态,当收到ACK后,Server转入ESTABLISHED状态。SYN攻击就是Client在短时间内伪造大量不存在的IP地址,并向Server不断地发送SYN包,Server回复确认包,并等待Client的确认,由于源地址是不存在的,因此,Server需要不断重发直至超时,这些伪造的SYN包将产时间占用未连接队列,导致正常的SYN请求因为队列满而被丢弃,从而引起网络堵塞甚至系统瘫痪。SYN攻击时一种典型的DDOS攻击,检测SYN攻击的方式非常简单,即当Server上有大量半连接状态且源IP地址是随机的,则可以断定遭到SYN攻击了,使用如下命令可以让之现行:
#netstat -nap | grep SYN_RECV

四次挥手

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由于TCP连接时全双工的,因此,每个方向都必须要单独进行关闭,这一原则是当一方完成数据发送任务后,发送一个FIN来终止这一方向的连接,收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了,即不会再收到数据了,但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据,直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方则执行被动关闭,上图描述的即是如此。
(1)第一次挥手:Client发送一个FIN,用来关闭Client到Server的数据传送,Client进入FIN_WAIT_1状态。
(2)第二次挥手:Server收到FIN后,发送一个ACK给Client,确认序号为收到序号+1(与SYN相同,一个FIN占用一个序号),Server进入CLOSE_WAIT状态。
(3)第三次挥手:Server发送一个FIN,用来关闭Server到Client的数据传送,Server进入LAST_ACK状态。
(4)第四次挥手:Client收到FIN后,Client进入TIME_WAIT状态,接着发送一个ACK给Server,确认序号为收到序号+1,Server进入CLOSED状态,完成四次挥手。

为什么建立连接是三次握手,而关闭连接却是四次挥手呢?

这是因为服务端在LISTEN状态下,收到建立连接请求的SYN报文后,把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时,当收到对方的FIN报文时,仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据,己方也未必全部数据都发送给对方了,所以己方可以立即close,也可以发送一些数据给对方后,再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接,因此,己方ACK和FIN一般都会分开发送。
TCP协议和UDP协议的区别是什么
TCP协议是有连接的,有连接的意思是开始传输实际数据之前TCP的客户端和服务器端必须通过三次握手建立连接,会话结束之后也要结束连接。而UDP是无连接的
TCP协议保证数据按序发送,按序到达,提供超时重传来保证可靠性,但是UDP不保证按序到达,甚至不保证到达,只是努力交付,即便是按序发送的序列,也不保证按序送到。
TCP协议所需资源多,TCP首部需20个字节(不算可选项),UDP首部字段只需8个字节。
TCP有流量控制和拥塞控制,UDP没有,网络拥堵不会影响发送端的发送速率
TCP是一对一的连接,而UDP则可以支持一对一,多对多,一对多的通信。
TCP面向的是字节流的服务,UDP面向的是报文的服务。

三次握手建立连接时,发送方再次发送确认的必要性?

主 要是为了防止已失效的连接请求报文段突然又传到了B,因而产生错误。假定出现一种异常情况,即A发出的第一个连接请求报文段并没有丢失,而是在某些网络结 点长时间滞留了,一直延迟到连接释放以后的某个时间才到达B,本来这是一个早已失效的报文段。但B收到此失效的连接请求报文段后,就误认为是A又发出一次 新的连接请求,于是就向A发出确认报文段,同意建立连接。假定不采用三次握手,那么只要B发出确认,新的连接就建立了,这样一直等待A发来数据,B的许多 资源就这样白白浪费了。

四次挥手释放连接时,等待2MSL的意义?

第 一,为了保证A发送的最有一个ACK报文段能够到达B。这个ACK报文段有可能丢失,因而使处在LAST-ACK状态的B收不到对已发送的FIN和ACK 报文段的确认。B会超时重传这个FIN和ACK报文段,而A就能在2MSL时间内收到这个重传的ACK+FIN报文段。接着A重传一次确认。
第二,就是防止上面提到的已失效的连接请求报文段出现在本连接中,A在发送完最有一个ACK报文段后,再经过2MSL,就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。