TCP和UDP

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TCP/IP协议是一个协议簇，里面包括许多协议，UDP只是其中一个。

TCP/IP协议集包括应用层、传输层、网络层和网络访问层。

应用层协议包括

  1. 超文本传输协议（HTTP）万维网基本协议
  2. 文件传输协议（TFTP简单文件传输协议）
  3. 远程登录（Telnet）提供远程访问其它主机功能, 它允许用户登录internet主机，并在这台主机上执行命令；
  4. 网络管理（SNMP简单网络管理协议），该协议提供了监控网络设备的方法， 以及配置管理,统计信息收集,性能管理及安全管理等；
  5. 域名系统（DNS），该系统用于在internet中将域名及其公共广播的网络节点转换成IP地址。

网络层

  1. Internet协议（IP）；
  2. Internet控制信息协议（ICMP）；
  3. 地址解析协议（ARP）；
  4. 反向地址解析协议（RARP）。

TCP 协议

传输控制协议，是面向连接的协议，也就是说，在收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。

三次握手

指建立一个 TCP 连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包

  • 第一次握手(SYN=1, seq=x):
    客户端发送一个 TCP 的 SYN 标志位置1的包，指明客户端打算连接的服务器的端口，以及初始序号 X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。

发送完毕后，客户端进入 SYN_SEND 状态。

  • 第二次握手(SYN=1,ACK=1,seq=y,ACKnum = x+1)
    服务器发回确认包(ACK)应答。即 SYN 标志位和 ACK 标志位均为1。服务器端选择自己 ISN 序列号，放到 Seq 域里，同时将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的 ISN (包头序列号）加1，即X+1。

发送完毕后，服务器端进入 SYN_RCVD状态。

  • 第三次握手(ACK=1，ACKnum=y+1)
    客户端再次发送确认包(ACK)，SYN 标志位为0，ACK 标志位为1，并且把服务器发来 ACK 的序号字段+1，放在确定字段中发送给对方，并且在数据段放写ISN的+1

发送完毕后，客户端进入 ESTABLISHED 状态，当服务器端接收到这个包时，也进入 ESTABLISHED 状态，TCP 握手结束。

三次握手图解

四次挥手

TCP 的连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次挥手(Four-way handshake)，也叫做改进的三次握手。客户端或服务器均可主动发起挥手动作，在 socket 编程中，任何一方执行 close() 操作即可产生挥手操作。

  • 第一次挥手(FIN=1，seq=x)

假设客户端想要关闭连接，客户端发送一个 FIN 标志位置为1的包，表示自己已经没有数据可以发送了，但是仍然可以接受数据。

发送完毕后，客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。

  • 第二次挥手(ACK=1，ACKnum=x+1)

服务器端确认客户端的 FIN 包，发送一个确认包，表明自己接受到了客户端关闭连接的请求，但还没有准备好关闭连接。

发送完毕后，服务器端进入 CLOSE_WAIT 状态，客户端接收到这个确认包之后，进入 FIN_WAIT_2 状态，等待服务器端关闭连接。

  • 第三次挥手(FIN=1，seq=y)

服务器端准备好关闭连接时，向客户端发送结束连接请求，FIN 置为1。

发送完毕后，服务器端进入 LAST_ACK 状态，等待来自客户端的最后一个ACK。

第四次挥手(ACK=1，ACKnum=y+1)

客户端接收到来自服务器端的关闭请求，发送一个确认包，并进入 TIME_WAIT状态，等待可能出现的要求重传的 ACK 包。

服务器端接收到这个确认包之后，关闭连接，进入 CLOSED 状态。

客户端等待了某个固定时间（两个最大段生命周期，2MSL，2 Maximum Segment Lifetime）之后，没有收到服务器端的 ACK ，认为服务器端已经正常关闭连接，于是自己也关闭连接，进入 CLOSED 状态。

四次挥手图解

SYN攻击

在三次握手中，第二次握手结束之后，即客户端接收到（ACK=1，ACKnum=x+1）后，服务端进入（半连接）SYN_RCVD状态。

SYN攻击是指，攻击客户端在短时间内伪造大量的不存在IP地址，不断向服务端发送SYN包（第一次握手）后，服务端返回，进入半连接状态。由于源地址是不存在的，服务器需要不断的重发直至超时，这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列，正常的SYN请求被丢弃，导致目标系统运行缓慢，严重者会引起网络堵塞甚至系统瘫痪。

检测SYN攻击

当服务端看到大量半连接状态，特别是源IP地址是随机的，就基本可判断为遭受到SYN攻击。

防御SYN攻击

SYN攻击是无法阻止的，因为TCP三次握手就是这样的逻辑。但有以下方法可以防御SYN攻击。

  • 缩短超时（SYN Timeout）时间
  • 增加最大半连接数
  • 过滤网关防护
  • SYN cookies技术

TCP KeepAlive

TCP KeepAlive 的基本原理是，隔一段时间给连接对端发送一个探测包，如果收到对方回应的 ACK，则认为连接还是存活的，在超过一定重试次数之后还是没有收到对方的回应，则丢弃该 TCP 连接。

UDP协议

UDP 是一个简单的传输层协议。和 TCP 相比，UDP 有下面几个显著特性：

  • UDP 缺乏可靠性。UDP 本身不提供确认，序列号，超时重传等机制。UDP 数据报可能在网络中被复制，被重新排序。即 UDP 不保证数据报会到达其最终目的地，也不保证各个数据报的先后顺序，也不保证每个数据报只到达一次
  • UDP 数据报是有长度的。每个 UDP 数据报都有长度，如果一个数据报正确地到达目的地，那么该数据报的长度将随数据一起传递给接收方。而 TCP 是一个字节流协议，没有任何（协议上的）记录边界。
  • UDP 是无连接的。UDP 客户和服务器之前不必存在长期的关系。UDP 发送数据报之前也不需要经过握手创建连接的过程。
  • UDP 支持多播和广播。（TCP不支持）
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