三次握手過程
用"三次握手"建立TCP連接
- 第一步：客戶機的TCP首先向服務器的 TCP 發送一個連接請求報文段。這個特殊的報文段中不含應用層數據，其首部中的 SYN 標志位被置為１．另外，客戶機會隨機選擇一個起始序號 seq=x (連接請求報文不攜帶數據，但要消耗掉一個序號)。然后客戶端進入 SYN-SENT 狀態，等待服務器的確認
- 第二步：服務器的 TCP 收到連接請求報文后，如同意建立連接，就向客戶機發回確認，并為該 TCP 連接分配 TCP 緩存和變量。在確認報文段中，SYN 和 ACK 位都被置為 1 ，確認號字段的值為 x+1，并且服務器隨機產生起始序號 seq=y (確認報文不攜帶數據，但也要消耗掉一個序號)。確認報文段同樣不包含應用層數據。
- 第三步：當客戶機收到確認報文段后，還要向服務器給出確認，并且也要給該連接分配緩存和變量。這個報文段的 ACK 標志為被置 1，序號字段為 x+1，確認號字段 ack=y+1。該報文段可以攜帶數據，如果不攜帶數據則不消耗序號
為什么 "三次握手" 而不是 "兩次握手" 建立連接：
TCP 三次握手缺陷
- 服務器端的資源是在完成第二次握手時分配的，而客戶端的資源是在完成第三次握手時分配的。這就使得服務器易受到 SYN 洪泛攻擊。
- SYN 洪泛攻擊: 通過向網絡服務所在端口發送大量的偽造源地址的攻擊報文，就可能造成目標服務器中的半開連接隊列被占滿，從而阻止其他合法用戶進行訪問。
- 防范:
1、降低SYN timeout時間，使得主機盡快釋放半連接的占用
2、采用SYN cookie設置，如果短時間內連續收到某個IP的重復SYN請求，則認為受到了該IP的攻擊，丟棄來自該IP的后續請求報文。
3、此外合理地采用防火墻等外部網絡安全設施也可緩解SYN泛洪攻擊。
四次揮手過程
用 "四次握手" 釋放TCP連接
- 第一步：客戶端打算關閉連接，就向其 TCP 發送一個連接釋放報文段，并停止再發送數據，主動關閉 TCP 連接，該報文的 FIN 標志位被置為 1，seq=x，它等于前面已傳送過的數據的最夠一個字節的序號加 1 (FIN 報文段即使不攜帶數據，也要消耗掉一個序號)。TCP 是全雙工的，即可以想象成是一條 TCP 連接上的兩條數據通路。當發送 FIN 報文時，發送 FIN 的一端就不能再發送數據，也就是關閉了其中一條數據通路，但對方還可以發送數據
- 第二步：服務器收到連接釋放報文段后即發出確認，確認號是 ack=u+1，而這個報文段自己的序號是 v，等于它前面已傳送過的數據的最后一個字節的序號加 1。此時，從客戶機到服務器這個方向的連接就釋放了，TCP 連接處于半關閉狀態。但服務器若發送數據，客戶機仍要接收，即從服務器到客戶機這個方向的連接并未關閉
- 第三步：若服務器已經沒有要向客戶機發送的數據，就通知 TCP 釋放連接，此時其發出 FIN=1 的連接釋放報文段
- 第四步：客戶機收到連接釋放報文段后，必須發出確認。在確認報文段中，ACK 字段被置為 1，確認號 ack=w+1，序號 seq=u+1。此時 TCP 連接還沒有釋放掉，必須等待時間計時器設置的時間 2MSL 后，A 才進入到連接關閉狀態
time-wait 狀態，最后一次握手報文后要等待 2MSL(最長報文段壽命) 的時間呢? 參考
- 第一、為了保證 A 發送的最后一個確認報文段能夠到達 B 。如果 A 不等待 2MSL，若 A 返回的最后確認報文段丟失，則 B 不能進入正常關閉狀態，而 A 此時已經關閉，也不可能再重傳。
- 第二、A 在發送完最后一個確認報文段后，再經過 2MSL 可保證本連接持續的時間內所產生的所有報文段從網絡中消失。假設沒有time-wait 限制，因某些原因我們先關閉這條TCP連接，然后很快又以相同的<源ip,源port,目的ip,目的port> 建立一個新的TCP連接，然后發送數據，設想此時前一個連接在網絡中滯留的數據報現在到達接收方，會被當做正常數據接收并上傳到應用層，而這些舊數據不應該被接收。從而引起數據錯亂而導致各種無法預知詭異錯誤
time-wait 狀態如何避免
- 首先服務器可以設置 SO_REUSEADDR 套接字選項來通知內核，如果端口忙，但TCP連接位于TIME_WAIT狀態時可以重用端口。在一個非常有用的場景就是，如果你的服務器程序停止后想立即重啟，而新的套接字依舊希望使用同一端口，此時SO_REUSEADDR選項就可以避免TIME_WAIT狀態。
TCP 知識框架圖
- 特點：有連接、一對一、提供可靠交付、全雙工通信、面向字節流
- 首部：20B，源端口、目的端口、序號、確認號等控制信息
- 連接管理：三次握手建立、四次握手釋放
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可靠傳輸機制
１、 序號：用來保證數據能有序提交給應用層
２、 確認：確認號為期待收到的下一個報文段第一個字節的序號
３、 重傳：１、超時：計時器到期還沒收到確認則重傳對應報文。２、冗余確認：當收到失序報文時向發送端發送冗余 ACK。例如發送方A發送了序號1、2、3、4、5的TCP報文段，其中２號報文丟失，3、4、5對于Ｂ來說就是失序報文，當3、4、5到達Ｂ就發送3個對１號報文段的冗余ACK，表明自己期望得到2號報文段，這時Ａ收到三個冗余ACK，立即對２號報文重傳 -
流量控制：在確認報文中設置接收窗口 rwnd(接收窗口) 的值來限制發送速率
在通信過程中，接收方根據自己接收緩存的大小，動態地調整發送方的發送窗口大小，這就是接收窗口 rwnd
流量控制是為了控制發送方發送速率，保證接收方來得及接收。
接收方發送的確認報文中的窗口字段可以用來控制發送方窗口大小，從而影響發送方的發送速率。將窗口字段設置為 0，則發送方不能發送數據。
流量控制是為了讓接收方能來得及接收，而擁塞控制是為了降低整個網絡的擁塞程度。 -
擁塞控制：
- 原理：發送方根據自己估算的網絡擁塞程度設置 cwnd(擁塞窗口) 的值來限制發送速率
- 方法：
１、慢開始：當 cwnd < ssthresh 時，每收到一個報文段的確認 cwnd 加１
２、擁塞避免：當 cwnd > ssthresh 時，每經過一個往返時延 cwnd 加 1
３、快重傳：當收到連續的三個重復的 ACK，直接重傳對方期待的報文
４、快恢復： 當收到連續的三個冗余 ACK，令 ssthresh = cwnd = cwnd/2 - 擁塞處理：ssthresh 置為原 cwnd 的一半，cwnd 置 1
- 開環控制 就是在設計網絡時事先將有關擁塞發生的所有因素考慮周到，一旦系統運行起來就不能在中途改正。
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閉環控制 是基于反饋環路的概念，包括如下措施：
1）監測網路系統以便檢測擁塞在何時何地發生
2）把擁塞發生的信息傳送到可采取行動的地方
3）調整網絡系統的行動以解決出現的問題。
