TCP建立与断开连接以及错误处理（包括部分小问题）

TCP建立与断开连接以及错误处理（包括部分小问题）

 

1. TCP建立连接：三次握手，到处都有。需要注意的是ACK确认序列号是SYN携带序列号+1，不是直接相等。基本过程如图所示。

 

socket程序中调用connect将激发三路握手过程，connect将在成功建立连接或者出错才返回。

 

(1) 客户端发送SYN以后，6s没有来自服务器的SYN分节响应，则重发SYN，24s后无响应再重发，75s后无响应则返回错误ETIMEOUT。

 

(2) 对客户端的响应若是RST，则表明服务器端对应端口没有进程等待与之连接，硬错误，返回ECONNREFUSED错误。

 

(3) 客户发出的SYN在中间路由器发生了“destination unreachable”ICMP错误，客户主机内核保存该信息，按照第一种情况所述时间间隔发送SYN。超时未收到相应，则把保存信息EHOSTUNREACH或ENETUNREACH错误返回给进程。

 

(4) connect导致套接字从CLOSED状态转换到SYN_SENT，若失败，则此套接字不可用，必须关闭，不能再次调用connect，需要重新调用socket。

 

 

 服务器端用listen等待建立连接，在accept之前。维护两个队列：未完成连接队列(SYN_RECV)与已完成连接队列(ESTABLISHED)。

 

(1) 客户SYN到达之后，TCP在未完成连接队列中创建新的一项，然后响应以三路握手的第二个分节：服务器SYN，在队列中保持直到第三个分节到达或者超时（与connect类似的75s）。

 

(2)服务器端如果一直没有收到ACK第三分节，则会重发服务器SYN分节，套接字保持在未完成队列直到超时。

 

(3)如果服务器端队列满，收到客户端SYN，会忽略，而不是发送RST，因为情况是暂时的，可能下次就能够有空闲队。RST会让connect立即返回一个错误。

此处是SYN攻击的发生位置。黑客可以伪造大量不存在的IP地址发送SYN建立连接，服务器需要不断回复确认，但是没有响应，继续重发，占用了等待队列，无法为正常连接服务，堵塞网络，其属于典型的DDOS攻击。如果检测到许多随机的半连接IP地址，基本可以判断为SYN攻击（netstat -n -p TCP | grep SYN_RECV）

 

连接建立成功之后返回，调用accept。

 

 

 

 

2. TCP断开连接：四次分组交换。确认ACK序列号也是FIN携带序列号+1。

 

(1) 如果一方已经关闭或异常终止，而另一方不知道，此时TCP连接为半打开。不传输数据，另一方就不会检测到，（此时可以设置TCP的KEEPALIVE选项，来定时检测），如果发送数据，另一方会返回RST分节。

 

(2) 第四个分节ACK丢失，服务器端（被动关闭）会重发FIN分节。（对照前文，第一个分节发送之后如果没有ack，应该也是超时重发，但此点不确定）

 

 

3. TCP建立连接的时候，初始序列号是随机选择的，两次SYN的序列号不固定。

 

    TCP建立连接交换的信息包括：最大分节大小MSS、窗口规模选项、时间戳选项（高速网络需要，避免由失而复现的分组造成数据损坏）。

 

4. 为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？（慎重对待，不一定正确）

TCP是全双工的，可以在两个方向传输数据，因此需要每个方向单独关闭。一方发送完数据之后就能够用FIN通知对方，一端收到之后，向应用层发送发送通知。

 

也可如此理解，服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

 

5. TIME_WAIT状态的必要性？

 

TIME_WAIT的持续时间是2*MSL（最长分节寿命，IP数据包在网络中的最长生存时间），一般是1-4分钟之间，存在的两个理由：

 

(1) 可靠的实现TCP全双工连接的终止。如果四次交换的最后ACK丢失，服务器将重发FIN，客户端需要能够正确处理，发送ACK，如不维护此状态，将发送RST信息，被解释为一个错误。为了可靠结束，必须应对不得不重传最终的ACK。

 

(2)允许老的重复分节在网络中消逝。如果在相同的端口与IP之间建立了新的连接，原来的连接的包经过路由处理又重新发送过来，可能被认为是原来的包，因此TCP不给TIME_WAIT状态建立新的连接。2MSL可以保证所有老的包消逝。

 

 

6.RST产生的三个条件：

(1) SYN到达目的端口，但是服务器没有对应的监听进程；

 

(2) TCP想取消一个已有连接；

 

(3) TCP收到一个根本不存在的连接上的分节。

 

 

7. 为了避免拥塞，TCP拥塞控制是采用：慢启动、快速重传等机制，避免过长的定时器机制。

 

慢启动主要表现在发送窗口的大小：开始是2的指数增加，超过临界值（一般最大值一半）就会改变成线性增长（每收到一个ACK就加1）。

 

收到3个重复ACK包就认为发生了拥塞，会将窗口设为原来的一半。

 

 

8. Nagle算法是为了避免网络中存在太多的小包（协议头比例非常大）造成拥塞，可以用TCP_NODELAY选项关闭。