tcp三次握手及其状态变化

TCP 的三次握手（Three-Way Handshake）是建立可靠 TCP 连接的重要过程。在这个过程中，客户端和服务器通过一系列的状态变化互相确认对方的可用性，以确保连接的可靠性。以下是 TCP 三次握手的详细过程及连接状态变化。

# 三次握手过程

# 阶段 1：连接请求

客户端准备建立连接，发送一个 SYN（Sync）报文段到服务器。这个报文中包含客户端生成的初始序列号（seq）。
- 状态变化：
  - 客户端状态：CLOSED → SYN_SENT
  - 服务器状态：CLOSED

# 阶段 2：连接确认

服务器接收到客户的 SYN 报文段，回应一个 SYN-ACK（Sync-Acknowledgment）报文段。这个报文中包含服务器生成的初始序列号（seq），并确认客户端的 SYN 报文（确认号 ack 为客户端的初始序列号 + 1）。
- 状态变化：
  - 客户端状态：SYN_SENT（继续保持）
  - 服务器状态：CLOSED → SYN_RECEIVED

# 阶段 3：连接确认

客户端接收到服务器的 SYN-ACK 报文段后，发送一个 ACK（确认）报文段给服务器，确认号为 ack += 1，表示连接建立完成。
- 状态变化：
  - 客户端状态：SYN_SENT → ESTABLISHED
  - 服务器状态：SYN_RECEIVED → ESTABLISHED

# 总结连接状态变化

操作	客户端状态	服务器状态
Start Connection	`CLOSED` → `SYN_SENT`	`CLOSED`
Recieve `SYN`	`SYN_SENT`	`CLOSED` → `SYN_RECEIVED`
Send `SYN-ACK`	`SYN_SENT`	`SYN_RECEIVED`
Recieve `ACK`	`SYN_SENT` → `ESTABLISHED`	`SYN_RECEIVED` → `ESTABLISHED`

# 握手示意图

以下是 TCP 三次握手的示意图：

Client                                               Server
   |     SYN(seq=x) ----------------------------------> |
   |                                                  |
   |     <----------------- SYN-ACK(seq=y, ack=x+1) ---|
   |                                                  |
   |     ACK(ack=y+1) --------------------------------> |
   |                                                  |
   |                  Connection Established          |

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# 可能的异常情况

在 TCP 三次握手过程中，虽然通常情况下连接的建立是顺利的，但在网络环境中，可能会出现各种异常场景。以下是一些可能的异常情况及其相应的描述：

# 1. 重复的 SYN 请求

场景：客户端由于网络延迟或者重试机制，可能会重复发送同一个 SYN 报文。
影响：服务器可能会将其视为正常的连接请求，并返回多次 SYN-ACK。这种情况不会影响最终的连接建立，因为服务器最终会等待客户端的有效 ACK。

# 2. 丢失的 SYN-ACK 响应

场景：在第一步中，客户端发送 SYN 请求后，服务器发送 SYN-ACK 报文段，但这个 ACK 报文在传输过程中丢失。
影响：客户端因未收到 SYN-ACK，会在超时后重新发送 SYN 请求，导致连接重试。服务器会响应新的 SYN 请求。

# 3. 没有确认的连接（ACK 丢失）

场景：客户端的 ACK 报文段可能在传输中丢失，导致服务器未收到确认。
影响：此时，服务器会在超时后认为连接没有建立，并可能关闭等待状态，或重新发送 SYN-ACK 报文。

# 4. 伪装的 SYN 攻击

场景：网络攻击者产生大量伪造的 SYN 请求，攻击的目标是耗尽服务器的资源。
影响：服务器会因接收到大量的 SYN 请求而处于半连接状态，最终可能导致拒绝服务（DoS）。这会造成正常用户无法建立连接。

# 5. TCP 连接请求到错误的端口

场景：客户端尝试连接到服务器的一个不存在的端口。
影响：服务器将返回一个 RST（重置）报文段。客户端会立即感知连接失败。

# 6. 序列号冲突

场景：如果客户端重启并重新发送先前的连接请求，而一个新的 SYN 报文段的序列号与之前的连接请求重复。
影响：服务器可能无法正确识别这个请求，因为它可能误认为这是个重发的连接请求，从而导致旧连接的状态混淆。

# 7. MTU（最大传输单元）问题

场景：网络中的 MTU 设置不一致，导致 SYN 或 SYN-ACK 报文过大被损坏或丢失。
影响：连接建立失败，客户端无法收到其请求的确认。

# 8. 主动端的网络分区

场景：客户端在发送 SYN 且等待 SYN-ACK 期间失去与服务器的网络连接。
影响：相同的情形会使连接无法建立，导致重试和超时。

# 9. 拒绝连接

场景：服务器由于负载过重、策略限制或防火墙阻挡拒绝新的连接请求。
影响：服务器可能返回一个 RST 报文，客户端会知道连接请求被拒绝。

# 总结

TCP 三次握手过程中可能出现的异常情况主要都与网络不稳定、丢包、攻击以及服务器的资源管理有关。在设计和实施 TCP 连接时，因此要考虑这些潜在的问题，并根据实际应用的需求进行合理的异常处理和保障措施，以确保网络连接的可靠性和安全性。

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上次更新: 2024/09/13, 11:59:12

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