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计算机网络学习：TCP握手&挥手&强制连接中断

之前系统学习过TCP协议，但很多地方并不是特别清晰，今天结合抓包情况，再拾一下拾一下>.<
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首先看一下TCP数据包的标志位：
SYN：简写为S，同步标志位，用于建立会话连接，同步序列号；
ACK： 简写为.，确认标志位，对已接收的数据包进行确认；
FIN： 简写为F，完成标志位，表示我已经没有数据要发送了，即将关闭连接；
PSH：简写为P，推送标志位，表示该数据包被对方接收后应立即交给上层应用，而不在缓冲区排队；
RST：简写为R，重置标志位，用于连接复位、拒绝错误和非法的数据包；
URG：简写为U，紧急标志位，表示数据包的紧急指针域有效，用来保证连接不被阻断，并督促中间设备尽快处理；
ps：(赋值粘贴自：https://juejin.cn/post/6844904070000410631，写的很详细)

三次握手

第一次握手（SYN）：客户端向服务器发送一个 SYN（Synchronize）报文段，用来请求建立连接。该报文段包含客户端的初始序列号 ISN©。

客户端 --> 服务器: SYN=1, Seq=ISN©=80830526

192.168.1.7.36268 > 192.168.1.9.22: Flags [S], cksum 0x01dc (correct), seq 80830526, win 62440, options [mss 4460,sackOK,TS val 3708280593 ecr 0,nop,wscale 7], length 0

第二次握手（SYN-ACK）：服务器收到 SYN 报文后，返回一个 SYN-ACK 报文，表示同意建立连接，并向客户端发送自己的初始序列号 ISN(s)。ACK 字段确认了客户端的 ISN。

服务器 --> 客户端: SYN=1, ACK=1, Seq=ISN(s)=1265140446, Ack=ISN©+1=80830527

192.168.1.9.22 > 192.168.1.7.36268: Flags [S.], cksum 0x97c6 (incorrect -> 0x6c95), seq 1265140446, ack 80830527, win 62970, options [mss 4210,sackOK,TS val 591110811 ecr 3708280593,nop,wscale 7], length 0

第三次握手（ACK）：客户端收到服务器的 SYN-ACK 报文后，发送一个确认报文段 ACK，确认服务器的 ISN，表示连接建立成功。

客户端 --> 服务器: ACK=1, Seq=ISN©+1, Ack=ISN(s)+1，二者均被tcpdump转换为了相对序列号：1

192.168.1.7.36268 > 192.168.1.9.22: Flags [.], cksum 0x9a32 (correct), seq 1, ack 1, win 488, options [nop,nop,TS val 3708280593 ecr 591110811], length 0

完整的三次握手过程见：

13:21:19.951917 00:00:00:00:01:01 > 00:00:00:00:01:02, ethertype IPv4 (0x0800), length 74: (tos 0x10, ttl 63, id 13722, offset 0, flags [DF], proto TCP (6), length 60)
    192.168.1.7.36268 > 192.168.1.9.22: Flags [S], cksum 0x01dc (correct), seq 80830526, win 62440, options [mss 4460,sackOK,TS val 3708280593 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
13:21:19.951973 00:00:00:00:01:02 > 00:00:00:00:01:01, ethertype IPv4 (0x0800), length 74: (tos 0x0, ttl 64, id 0, offset 0, flags [DF], proto TCP (6), length 60)
    192.168.1.9.22 > 192.168.1.7.36268: Flags [S.], cksum 0x97c6 (incorrect -> 0x6c95), seq 1265140446, ack 80830527, win 62970, options [mss 4210,sackOK,TS val 591110811 ecr 3708280593,nop,wscale 7], length 0
13:21:19.952050 00:00:00:00:01:01 > 00:00:00:00:01:02, ethertype IPv4 (0x0800), length 66: (tos 0x10, ttl 63, id 13723, offset 0, flags [DF], proto TCP (6), length 52)
    192.168.1.7.36268 > 192.168.1.9.22: Flags [.], cksum 0x9a32 (correct), seq 1, ack 1, win 488, options [nop,nop,TS val 3708280593 ecr 591110811], length 0

三次握手的协商：在三次握手过程中，双方会协商一些关键参数，例如初始序列号（ISN），窗口大小（Window Size），以及一些 TCP 选项（如最大报文段长度 MSS）。这些参数的协商确保了后续的数据传输可以顺利进行。我们仔细看下刚才三次握手过程中，客服端服务端协商的信息：

  • 窗口大小 窗口大小（Window Size），表示接收方愿意接收的字节数，通常用于流量控制。

  • mss 4210: 最大报文段大小（Maximum Segment Size），表示单个 TCP 段允许的最大数据量，这里是 4210 字节。

  • sackOK: 选择性确认（Selective Acknowledgment）允许，表示接收方支持 SACK 选项，允许更有效地处理丢失的数据包。

  • TS val 591110811: 时间戳（Timestamp）值，用于 RTT 测量和防止序列号重用攻击。

  • ecr 3708280593: 时间戳回显回复（Echo Reply），表示时间戳的回复值，用于对方确认 RTT。

  • nop: No Operation，用于对齐 TCP 选项字段。

  • wscale 7: 窗口扩大因子（Window Scale），是一个用于扩大窗口大小的因子。这里的因子是 7，即窗口大小可以乘以 2^7。

传输过程

拓扑：192.168.1.7 ·············> 192.168.1.9
传输过程中，比较简单，通信双方分别确认对方的数据报文序列号

15:43:11.911729 IP 192.168.1.7.60704 > 192.168.1.9.ssh: Flags [P.], seq 33:1545, ack 43, win 502, options [nop,nop,TS val 531487780 ecr 3452696654], length 1512
15:43:11.911774 IP 192.168.1.9.ssh > 192.168.1.7.60704: Flags [P.], seq 43:1155, ack 1545, win 501, options [nop,nop,TS val 3452696655 ecr 531487780], length 1112
15:43:11.911839 IP 192.168.1.7.60704 > 192.168.1.9.ssh: Flags [.], ack 1155, win 501, options [nop,nop,TS val 531487780 ecr 3452696655], length 0
15:43:11.917012 IP 192.168.1.7.60704 > 192.168.1.9.ssh: Flags [P.], seq 1545:1593, ack 1155, win 501, options [nop,nop,TS val 531487785 ecr 3452696655], length 48
15:43:11.919997 IP 192.168.1.9.ssh > 192.168.1.7.60704: Flags [P.], seq 1155:1751, ack 1593, win 501, options [nop,nop,TS val 3452696663 ecr 531487785], length 596
15:43:11.920055 IP 192.168.1.7.60704 > 192.168.1.9.ssh: Flags [.], ack 1751, win 501, options [nop,nop,TS val 531487788 ecr 3452696663], length 0

四次挥手

截取了四次挥手的过程，如下：

16:00:35.625181 IP 192.168.1.7.60706 > 192.168.1.9.ssh: Flags [F.], seq 3361, ack 4015, win 501, options [nop,nop,TS val 532531491 ecr 3453740368], length 0
16:00:35.626116 IP 192.168.1.9.ssh > 192.168.1.7.60706: Flags [F.], seq 4015, ack 3362, win 501, options [nop,nop,TS val 3453740370 ecr 532531491], length 0
16:00:35.626173 IP 192.168.1.7.60706 > 192.168.1.9.ssh: Flags [.], ack 4016, win 501, options [nop,nop,TS val 532531492 ecr 3453740370], length 0

客户端 192.168.1.7 通过发送 FIN 数据包请求关闭连接。
服务器 192.168.1.9 确认了客户端的请求，并发送了自己的 FIN 请求，表示它也准备关闭连接。
客户端最后发送一个 ACK 数据包，确认服务器的 FIN 请求，至此连接关闭。

虽然这个过程可以用三个报文来表示，但它仍然遵循四次挥手的逻辑。特别是在服务器发送的第二个报文中，FIN 和 ACK 是同时发送的，所以看起来像是三次通信，但实际上包含了四次挥手的全部内容。

RST强制中断

发送 RST 报文是强制关闭 TCP 连接的方式，直接中断连接而不进行四次挥手的正常关闭过程。这种方法用于快速和直接地终止连接，通常在出现错误或异常情况下使用。比如连接超时、程序异常终止等。其行为如下：

  • 立即终止连接：RST 报文会立即终止连接，无论连接的状态如何。发送 RST 报文的一方(可以是客户端也可以是服务端)将直接通知对方，表示连接不能再继续进行。

  • 不进行四次挥手：与正常关闭连接时的四次挥手不同，RST 报文不需要等待确认，也不会进行正常的连接关闭过程。RST 报文会立即中断数据传输，并且不进行数据的有序释放。

  • 丢失未发送数据：由于 RST 报文强制关闭连接，任何在连接中尚未发送的数据都会被丢失。

尝试使用如下命令构造了RST报文的场景

apt install dsniff # 安装tcpkill
# 如果有从eth0 到192.168.1.9的连接就中断掉
tcpkill -i eth0 host 192.168.1.9
# 尝试和192.168.1.9建立连接
telnet 192.168.1.9 22

抓包来看

16:42:32.176289 IP 192.168.1.7.60722 > 192.168.1.9.ssh: Flags [S], seq 1907790919, win 64240, options [mss 1460,sackOK,TS val 535048037 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
16:42:32.176301 IP 192.168.1.9.ssh > 192.168.1.7.60722: Flags [S.], seq 3539316215, ack 1907790920, win 65160, options [mss 1460,sackOK,TS val 3456256920 ecr 535048037,nop,wscale 7], length 0
16:42:32.176402 IP 192.168.1.7.60722 > 192.168.1.9.ssh: Flags [.], ack 1, win 502, options [nop,nop,TS val 535048037 ecr 3456256920], length 0
16:42:32.182200 IP 192.168.1.9.ssh > 192.168.1.7.60722: Flags [P.], seq 1:43, ack 1, win 510, options [nop,nop,TS val 3456256926 ecr 535048037], length 42: SSH: SSH-2.0-OpenSSH_8.9p1 Ubuntu-3ubuntu0.10
16:42:32.182267 IP 192.168.1.7.60722 > 192.168.1.9.ssh: Flags [.], ack 43, win 502, options [nop,nop,TS val 535048043 ecr 3456256926], length 0
16:42:32.348727 IP 192.168.1.7.60722 > 192.168.1.9.ssh: Flags [.], ack 43, win 502, options [nop,nop,TS val 535048210 ecr 3456256926], length 0
16:42:32.348836 IP 192.168.1.7.60722 > 192.168.1.9.ssh: Flags [R], seq 1907790920, win 0, length 0
16:42:32.348836 IP 192.168.1.7.60722 > 192.168.1.9.ssh: Flags [R], seq 1907791430, win 0, length 0
16:42:32.348836 IP 192.168.1.7.60722 > 192.168.1.9.ssh: Flags [R], seq 1907792450, win 0, length 0

telnet尝试和192.168.1.9建立连接，但是连接建立完成后，客户端直接发送RST报文，强制终止了连接，期间并发生四次挥手。

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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