TCP建立及关闭过程详解

TCP建立及关闭过程详解TCP建立及关闭过程详解一、TCP协议简介 TCP，全称Transfer Control Protocol，中文名为传输控制协议，它工作在OSI的传输层，提供面向连接的可靠传输服务。 TCP的工作主要是建立连接，然后从应用层程序中接收数据并进行传输。TCP采用虚电路连接方式进行工作，在发送数据前它需要在发送方和接收方建立一个连接，数据在发送出去后，发送方会等待接收方给出一个确认性的应答，否则发送方将认为此数据丢失，并重新发送此数据。可以从以下几个方面对TCP协议进行分析： 1....

TCP建立及关闭过程详解一、TCP协议简介 TCP，全称Transfer Control Protocol，中文名为传输控制协议，它工作在OSI的传输层，提供面向连接的可靠传输服务。 TCP的工作主要是建立连接，然后从应用层程序中接收数据并进行传输。TCP采用虚电路连接方式进行工作，在发送数据前它需要在发送方和接收方建立一个连接，数据在发送出去后，发送方会等待接收方给出一个确认性的应答，否则发送方将认为此数据丢失，并重新发送此数据。可以从以下几个方面对TCP协议进行分析： 1.TCP报头：TCP报头总长最小为20个字节，其报头结构如下图（图1）所示；比特0 比特15 比特16 　比特31 源端口（16）目的端口（16）序列号（32）确认号（32）报头长度（4）保留（6）连接标记（6）窗口（16）校验和（16）紧急（16）选项（0或32）数据（可变） 2.TCP连接建立：TCP的连接建立过程又称为TCP三次握手。首先发送方主机向接收方主机发起一个建立连接的同步（SYN）请求；接收方主机在收到这个请求后向送方主机回复一个同步/确认（SYN/ACK）应答；发送方主机收到此包后再向接收方主机发送一个确认（ACK），此时TCP连接成功建立； 3.TCP连接关闭：发送方主机和目的主机建立TCP连接并完成数据传输后，会发送一个将结束标记置1的数据包，以关闭这个TCP连接，并同时释放该连接占用的缓冲区空间； 4.TCP重置：TCP允许在传输的过程中突然中断连接，这称为TCP重置； 5.TCP数据排序和确认：TCP是一种可靠传输的协议，它在传输的过程中使用序列号和确认号来跟踪数据的接收情况； 6.TCP重传：在TCP的传输过程中，如果在重传超时时间内没有收到接收方主机对某数据包的确认回复，发送方主机就认为此数据包丢失，并再次发送这个数据包给接收方，这称为TCP重传； 7.TCP延迟确认：TCP并不总是在接收到数据后立即对其进行确认，它允许主机在接收数据的同时发送自己的确认信息给对方。 8.TCP数据保护（校验和）：TCP是可靠传输的协议，它提供校验和计算来实现数据在传输过程中的完整性。二、跟踪分析TCP 流程我们使用科来网络分析系统对一个Telnet会话中的TCP部分进行跟踪，以分析TCP的连接建立和连接关闭流程。这个Telnet会话的流程如下：在客户端（Windows主机，名为wangym）的命令窗口中使用telnet 192.168.2.100访问192.168.2.100，并输入用户名和密码（这里都是ftpuser），然后直接使用exit命令退出此Telnet连接。 1. TCP连接建立 1)第1步（图2），客户端（名为wangym，下同）使用3192的随机端口向192.168.2.100主机的23端口发起一个TCP 同步数据包请求建立TCP连接。这个数据包将TCP标记中的同步位置1，表示这是TCP三次握手的第一个数据包；（图2　TCP连接建立第1步） 2)第2步（图3），192.168.2.100主机向客户端发送一个同步/确认数据包，此数据包同时将TCP标记中的同步位和确认位置1，它既对第一步中的客户端同步数据包进行确认，表示愿意与客户端同步，同时再对客户端主机进行同步请求；（图3　TCP连接建立第2步） 3)第3步（图4），客户端在收到192.168.2.100对它的同步请求后，再对192.168.2.100进行确认，此数据包中将TCP标记中的确认位置1，表示这是一个确认数据包，此数据包发送后，两台主机的三方握手成功建立；（图4　TCP连接建立第3步） 2. TCP连接关闭第4到69的数据包，是用户进行Telnet登录及退出的操作，第70到74的数据包，是双方主机在收到退出Telnet操作命令后的TCP连接关闭过程。 1)第1步（图5），192.168.2.100主机向客户端发送一个终止数据包，此数据包同时将TCP标记中的终止位和确认位置1，它告诉客户端192.168.2.100主机已成功接收客户端的上一个数据包，并提示内容接收完毕，请求关闭这个TCP连接；（图5　TCP连接关闭第1步） 2)第2步（图6），客户端收到192.168.2.100发给自己且带有终止位的数据包后，对其进行确认，且示同意关闭此TCP连接。（图6　TCP连接关闭第2步） 3)第3步（图7），客户端在对192.168.2.100主机的确认后，再向其发送一个终止TCP连接的请求，此请求数据包将TCP标记中的确认位和终止位同时置1，表示同意192.168.2.100关闭TCP连接的请求，且自己也把关闭此TCP连接的请求发给192.168.2.100，并等待对方的确认。（图7　TCP连接关闭第3步） 4)第4步（图8），192.168.2.100主机对客户端关闭TCP连接的请求进行确认，此数据包将TCP标记中的确认位置1，表示同意客户端关闭TCP连接的请求。至此，此TCP连接正常关闭。（图8　TCP连接关闭第4步） ipv4和tcp报头数据格式收藏 IPv4 (Internel协议)头部 view plaincopy to clipboardprint? #include struct iphdr { #if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD) __u8 ihl:4,version:4; #elif defined (__BIG_ENDIAN_BITFIELD) __u8 version:4,ihl:4; #else #error “Please fix ” #endif __u8 tos; __be16 -tot_len; __be16 -id; __be16 -frag_off; __u8 ttl; __u8 protocol; __be16 -check; __be32 -saddr; __be32 -daddr; }; #include struct iphdr { #if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD) __u8 ihl:4,version:4; #elif defined (__BIG_ENDIAN_BITFIELD) __u8 version:4,ihl:4; #else #error “Please fix ” #endif __u8 tos; __be16 -tot_len; __be16 -id; __be16 -frag_off; __u8 ttl; __u8 protocol; __be16 -check; __be32 -saddr; __be32 -daddr; }; iphdr->version：版本(4位)，目前的协议版本号是4,因此IP有时也称作IPv4。 iphdr->ihl：首部长度(4位):首部长度指的是IP层头部占32 bit字的数目(也就是IP层头部包含多少个4字节 — 32位),包括任何选项。由于它是一个4比特字段, 因此首部最长为60个字节。普通IP数据报(没有任何选择项)字段的值是5 <==> 5 * 32 / 8 = 5 * 4 = 20 Bytes。 iphdr->tos：服务类型字段(8位): 服务类型(TOS)字段包括一个3 bit的优先权子字段(现在已被忽略)，4 bit的TOS子字段和1 bit未用位但必须置0。4 bit的TOS子字段分别代表:最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。4 bit中只能设置其中1 bit。如果所有4 bit均为0,那么就意味着是一般服务。 iphdr->tot_len：总长度字段(16位)是指整个IP数据报的长度,以字节为单位。利用首部长度字段和总长度字段,就可以知道 IP数据报中数据内容的起始位置和长度。由于该字段长16比特,所以IP数据报最长可达65535字节总长度字段是IP首部中必要的内容,因为一些数据链路(如以太网)需要填充一些数据以达到最小长度。尽管以太网的最小帧长为46字节,但是IP数据可能会更短。如果没有总长度字段,那么IP层就不知道46字节中有多少是IP数据报的内容。 iphdr->id：标识字段(16位)唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加1。 iphdr->frag_off (16位)：frag_off域的低13位 — 分段偏移(Fragment offset)域指明了该分段在当前数据报中的什么位置上。除了一个数据报的最后一个分段以外，其他所有的分段(分片)必须是8字节的倍数。这是8字节是基本分段单位。由于该域有13个位，所以，每个数据报最多有8192个分段。因此，最大的数据报长度为65,536字节，比 iphdr->tot_len域还要大1。 iphdr->frag_off的高3位：(1) 比特0是保留的，必须为0；(2) 比特1是“更多分片”(MF — More Fragment)标志。除了最后一片外，其他每个组成数据报的片都要把该比特置1。(3) 比特2是“不分片”(DF — Don’t Fragment)标志, 如果将这一比特置1，IP将不对数据报进行分片。这时如果有需要进行分片的数据报到来，会丢弃此数据报并发送一个ICMP差错报文给起始端。 iphdr->ttl：TTL(time-to-live) — 8位，生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数。它指定了数据报的生存时间。TTL的初始值由源主机设置(通常为32或64),一旦经过一个处理它的路由器,它的值就减去1。当该字段的值为0时,数据报就被丢弃,并发送ICMP报文通知源主机。TTL(Time to live)域是一个用于限制分组生存期的计数器。这里的计数时间单位为秒，因此最大的生存期为255秒。在每一跳上该计数器必须被递减，而且，当数据报在一台路由器上排队时间较长时，该计数器必须被多倍递减。在实践中，它只是跳计数器，当它递减到0的时候，分组被丢弃，路由器给源主机发送一个警告分组。此项特性可以避免数据报长时间地逗留在网络中，有时候当路由表被破坏之后，这种事情是有可能发生的。 iphdr->protocol：协议字段(8位): 根据它可以识别是哪个协议向IP传送数据。当网络层组装完成一个完整的数据报之后，它需要知道该如何对它进行处理。协议(Protocol)域指明了该将它交给哪个传输进程。TCP是一种可能，但是UDP或者其他的协议也是可能的。 iphdr->check：首部检验和字段(16位)是根据IP首部计算的检验和码。它不对首部后面的数据进行计算。 ICMP、IGMP、UDP和TCP在它们各自的首部中均含有同时覆盖首部和数据检验和码。为了计算一份数据报的IP检验和,首先把检验和字段置为0。然后,对首部中每个16 bit进行二进制反码求和(整个首部看成是由一串16 bit的字组成),结果存在检验和字段中。当收到一份IP数据报后,同样对首部中每个16 bit进行二进制反码的求和。由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的检验和,因此,如果首部在传输过程中没有发生任何差错,那么接收方计算的结果应该为全1。如果结果不是全1(即检验和错误),那么IP就丢弃收到的数据报。但是不生成差错报文,由上层去发现丢失的数据报并进行重传。 iphdr->saddr：32位源IP地址 iphdr->daddr：32位目的IP地址网络字节序 4个字节的32 bit值以下面的次序传输:首先是0~7bit,其次8~15bit,然后16~23bit,最后是24~31 bit。这种传输次序称作big endian字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序,因此它又称作网络字节序。 TCP头 view plaincopy to clipboardprint? #include struct tcphdr { __be16 source; __be16 dest; __be32 seq;

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