概述

总结一下TCP中3次握手过程，以及其原生的缺陷 引起的SYN Flood的介绍
【1】TCP三次握手
【2】SYN Flood
【3】TCP4次握手

1、TCP连接建立——三次握手

几个概念：
【1】seq：序号，占4个字节，范围[0,4284967296],由于TCP是面向字节流的，在一个1个TCP连接中传送字节流中国的每一个字节都按照顺序编号，此外序号是循环使用的
【2】ACK： 仅当ACK=1时确认字段才有效，当ACK=0时确认字段无效，并且TCP规定，在连接建立后所有的传送报文段都必须要把ACK置为1
【3】SYN：同步序列号，用来发起一个连接。当SYN=1而ACK=0时表明这是一个请求报文段；若对方同意连接，则响应报文中SYN=1，ACK=1
【4】FIN ：用来释放一个连接，当FIN=1表示此报文段的发送方已经发送完毕。并要求释放链接

1.1、3次握手过程

服务端的TCP进程先创建传输控制块TCB，准备接受客户端进程的连接请求，然后服务端进程处于LISTEN状态，等待客户端的连接请求，如有，则作出响应。 1、客户端的TCP进程也首先创建传输控制模块TCB，然后向服务端发出连接请求报文段，该报文段首部中的SYN=1，ACK=0，同时选择一个初始序号 seq=i。TCP规定，SYN=1的报文段不能携带数据，但要消耗掉一个序号。这时，TCP客户进程进入SYN—SENT（同步已发送）状态，这是 TCP连接的第一次握手。 2、服务端收到客户端发来的请求报文后，如果同意建立连接，则向客户端发送确认。确认报文中的SYN=1，ACK=1，确认号ack=i+1，同时为自己 选择一个初始序号seq=j。同样该报文段也是SYN=1的报文段，不能携带数据，但同样要消耗掉一个序号。这时，TCP服务端进入SYN—RCVD（同 步收到）状态，这是TCP连接的第二次握手。 3、TCP客户端进程收到服务端进程的确认后，还要向服务端给出确认。确认报文段的ACK=1，确认号ack=j+1，而自己的序号为seq=i+1。 TCP的标准规定，ACK报文段可以携带数据，但如果不携带数据则不消耗序号，因此，如果不携带数据，则下一个报文段的序号仍为seq=i+1。这 时，TCP连接已经建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。这是TCP连接的第三次握手，可以看出第三次握手客户端已经可以发送携带 数据的报文段了。 当服务端收到确认后，也进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。

1.2、关于第三次握手的解释

根据一般的思路，我们可能会觉得只要两次握手就可以了，第三步确认看似是多余的。那么 TCP 协议为什么还要费力不讨好的加上这一次握手呢？

这是因为在网络请求中，我们应该时刻记住：“网络是不可靠的，数据包是可能丢失的”。假设没有第三次确认，客户端向服务端发送了 SYN，请求建立连接。由于延迟，服务端没有及时收到这个包。于是客户端重新发送一个 SYN 包。回忆一下介绍 TCP 首部时提到的序列号，这两个包的序列号显然是相同的。

假设服务端接收到了第二个 SYN 包，建立了通信，一段时间后通信结束，连接被关闭。这时候最初被发送的 SYN 包刚刚抵达服务端，服务端又会发送一次 ACK 确认。由于两次握手就建立了连接，此时的服务端就会建立一个新的连接，然而客户端觉得自己并没有请求建立连接，所以就不会向服务端发送数据。从而导致服务端建立了一个空的连接，白白浪费资源。

在三次握手的情况下，服务端直到收到客户端的应答后才会建立连接。因此在上述情况下，客户端会接受到一个相同的 ACK 包，这时候它会抛弃这个数据包，不会和服务端进行第三次握手，因此避免了服务端建立空的连接。

ACK 确认包丢失怎么办

三次握手其实解决了第二步的数据包丢失问题。那么第三步的 ACK 确认丢失后，TCP 协议是如何处理的呢？

按照 TCP 协议处理丢包的一般方法，服务端会重新向客户端发送数据包，直至收到 ACK 确认为止。但实际上这种做法有可能遭到 SYN 泛洪攻击。所谓的泛洪攻击，是指发送方伪造多个 IP 地址，模拟三次握手的过程。当服务器返回 ACK 后，攻击方故意不确认，从而使得服务器不断重发 ACK。由于服务器长时间处于半连接状态，最后消耗过多的 CPU 和内存资源导致死机。

正确处理方法是服务端发送 RST 报文，进入 CLOSE 状态。这个 RST 数据包的 TCP 首部中，控制位中的 RST 位被设置为 1。这表示连接信息全部被初始化，原有的 TCP 通信不能继续进行。客户端如果还想重新建立 TCP 连接，就必须重新开始第一次握手。

2、 缺陷引起的SYN Flood

2.1、SYN Flood 攻击

SYN- Flood攻击是当前网络上最为常见的DDoS攻击，也是最为经典的拒绝服务攻击，它就是利用了TCP协议实现上的一个缺陷，通过向网络服务所在端口发送 大量 的伪造源地址的攻击报文，就可能造成目标服务器中的半开连接队列被占满，从而阻止其他合法用户进行访问。这种攻击早在1996年就被发现，但至今仍然显示 出强大的生命力。很多操作系统，甚至防火墙、路由器都无法有效地防御这种攻击，而且由于它可以方便地伪造源地址，追查起来非常困难。它的数据包特征通常 是，源发送了大量的SYN包，并且缺少三次握手的最后一步握手ACK回复。
原理：攻击者首先伪造地址对 服务器发起SYN请求，服务器回应(SYN+ACK)包，而真实的IP会认为，我没有发送请求，不作回应。服务 器没有收到回应，这样的话，服务器不知 道(SYN+ACK)是否发送成功，默认情况下会重试5次（tcp_syn_retries）。这样的话，对于服务器的内存，带宽都有很大的消耗。攻击者 如果处于公网，可以伪造IP的话，对于服务器就很难根据IP来判断攻击者，给防护带来很大的困难。

2.2、SYN Flood 防护措施

主要通过以下3种方式

1． 无效连接监视释放

这种方法不停的监视系统中半开连接和不活动连接，当达到一定阈值时拆除这些连接，释放系统资源。这种绝对公平的方法往往也会将正常的连接的请求也会被释放掉，”伤敌一千，自损八百“

2． 延缓TCB分配方法

SYN Flood关键是利用了，SYN数据报文一到，系统立即分配TCB资源，从而占用了系统资源，因此有俩种技术来解决这一问题
Syn Cache技术
这种技术在收到SYN时不急着去分配TCB，而是先回应一个ACK报文，并在一个专用的HASH表中（Cache）中保存这种半开连接，直到收到正确的ACK报文再去分配TCB
Syn Cookie技术
Syn Cookie技术则完全不使用任何存储资源，它使用一种特殊的算法生成Sequence Number，这种算法考虑到了对方的IP、端口、己方IP、端口的固定信息，以及对方无法知道而己方比较固定的一些信息，如MSS、时间等，在收到对方 的ACK报文后，重新计算一遍，看其是否与对方回应报文中的（Sequence Number-1）相同，从而决定是否分配TCB资源

3． 使用SYN Proxy防火墙

原理：对试图穿越的SYN请求进行验证之后才放行

3、四次握手关闭连接

这个过程可以用以下四句形象的对话表示：
（客户端）：我要关闭连接了。
（服务端）：你那边的连接可以关闭了。
（服务端）：我这边也要关闭连接了。
（客户端）：你那边的连接可以关闭了。
由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这个原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。
具体过程解释如下：
CP连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次握手(four-way handshake)。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。

（1）客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送。

（2）服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。

（3）服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A。

（4）客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1。

关闭连接的最后一个 ACK 丢失怎么办
实际上，在第三步中，客户端收到 FIN 包时，它会设置一个计时器，等待相当长的一段时间。如果客户端返回的 ACK 丢失，那么服务端还会重发 FIN 并重置计时器。假设在计时器失效前服务器重发的 FIN 包没有到达客户端，客户端就会进入 CLOSE 状态，从而导致服务端永远无法收到 ACK 确认，也就无法关闭连接。
示意图如下：