1樓：我是江偉偉
tcp三次握手及原理
tcp/ip 是很多的不同的協議組成，實際上是一個協議組，tcp 使用者資料包表協議(也
稱作tcp 傳輸控制協議，transport control protocol。可靠的主機到主機層協議。這裡要先
強調一下，傳輸控制協議是osi 網路的第四層的叫法，tcp 傳輸控制協議是tcp/ip 傳輸的
6 個基本協議的一種。兩個tcp 意思非相同。)。tcp 是一種可靠的面向連線的傳送服務。
它在傳送資料時是分段進行的，主機交換資料必須建立一個會話。它用位元流通訊，即資料
被作為無結構的位元組流。通過每個tcp 傳輸的欄位指定順序號，以獲得可靠性。是在osi
參考模型中的第四層，tcp 是使用ip 的網間互聯功能而提供可靠的資料傳輸，ip 不停的把
報文放到網路上，而tcp 是負責確信報文到達。在協同ip 的操作中tcp 負責：握手過程、
報文管理、流量控制、錯誤檢測和處理（控制），可以根據一定的編號順序對非正常順序的
報文給予從新排列順序。關於tcp 的rfc 文件有rfc793、rfc791、rfc1700。
在tcp 會話初期，有所謂的「三握手」：對每次傳送的資料量是怎樣跟蹤進行協商使
資料段的傳送和接收同步，根據所接收到的資料量而確定的資料確認數及資料傳送、接收完
畢後何時撤消聯絡，並建立虛連線。為了提供可靠的傳送，tcp 在傳送新的資料之前，以
特定的順序將資料包的序號，並需要這些包傳送給目標機之後的確認訊息。tcp 總是用來
傳送大批量的資料。當應用程式在收到資料後要做出確認時也要用到tcp。由於tcp 需要
時刻跟蹤，這需要額外開銷，使得tcp 的格式有些顯得複雜。下面就讓我們看一個tcp 的
經典案例，這是後來被稱為mitnick 攻擊中kevin 開創了兩種攻擊技術：
tcp 會話劫持
syn flood（同步洪流）
在這裡我們討論的時tcp 會話劫持的問題。
先讓我們明白tcp 建立連線的基本簡單的過程。為了建設一個小型的模仿環境我們假
設有3 臺接入網際網路的機器。a 為攻擊者操縱的攻擊機。b 為中介跳板機器（受信任的服務
器）。c 為受害者使用的機器（多是伺服器），這裡把c 機器鎖定為目標機器。a 機器向b
機器傳送syn 包，請求建立連線，這時已經響應請求的b 機器會向a 機器迴應syn/ack
表明同意建立連線，當a 機器接受到b 機器傳送的syn/ack 迴應時，傳送應答ack 建立
a 機器與b 機器的網路連線。這樣一個兩臺機器之間的tcp 通話通道就建立成功了。
b 終端受信任的伺服器向c 機器發起tcp 連線，a 機器對伺服器發起syn 資訊，使
c 機器不能響應b 機器。在同時a 機器也向b 機器傳送虛假的c 機器迴應的syn 資料包，
接收到syn 資料包的b 機器（被c 機器信任）開始傳送應答連線建立的syn/ack 資料包，
這時c 機器正在忙於響應以前傳送的syn 資料而無暇迴應b 機器，而a 機器的攻擊者預
測出b 機器包的序列號（現在的tcp 序列號**難度有所加大）假冒c 機器向b 機器傳送
應答ack 這時攻擊者騙取b 機器的信任，假冒c 機器與b 機器建立起tcp 協議的對話連
接。這個時候的c 機器還是在響應攻擊者a 機器傳送的syn 資料。
tcp 協議棧的弱點：tcp 連線的資源消耗，其中包括：資料包資訊、條件狀態、序列
號等。通過故意不完成建立連線所需要的三次握手過程，造成連線一方的資源耗盡。
通過攻擊者有意的不完成建立連線所需要的三次握手的全過程，從而造成了c 機器的
資源耗盡。序列號的可**性，目標主機應答連線請求時返回的syn/ack 的序列號時可預
測的。（早期tcp 協議棧，具體的可以參見1981 年出的關於tcp 雛形的rfc793 文件）
tcp 頭結構
tcp 協議頭最少20 個位元組，包括以下的區域（由於翻譯不禁相同，文章中給出
相應的英文單詞）：
tcp 源埠(source port)：16 位的源埠其中包含初始化通訊的埠。源埠和
源ip 地址的作用是標示報問的返回地址。
tcp 目的埠(destination port)：16 位的目的埠域定義傳輸的目的。這個埠指
明報文接收計算機上的應用程式地址介面。
tcp 序列號（序列碼,sequence number）：32 位的序列號由接收端計算機使用，重
新分段的報文成最初形式。當syn 出現，序列碼實際上是初始序列碼（isn），而第一個數
據位元組是isn+1。這個序列號（序列碼）是可以補償傳輸中的不一致。
tcp 應答號(acknowledgment number)：32 位的序列號由接收端計算機使用，重
組分段的報文成最初形式。，如果設定了ack 控制位，這個值表示一個準備接收的包的序
列碼。資料偏移量(hlen)：4 位包括tcp 頭大小，指示何處資料開始。
保留(reserved)：6 位值域，這些位必須是0。為了將來定義新的用途所保留。
標誌(code bits)：6 位標誌域。表示為：緊急標誌、有意義的應答標誌、推、重置
連線標誌、同步序列號標誌、完成傳送資料標誌。按照順序排列是：urg、ack、psh、
rst、syn、fin。
視窗(window)：16 位，用來表示想收到的每個tcp 資料段的大小。
校驗位(checksum)：16 位tcp 頭。源機器基於資料內容計算一個數值，收資訊機
要與源機器數值結果完全一樣，從而證明資料的有效性。
優先指標（緊急,urgent pointer）：16 位，指向後面是優先資料的位元組，在urg
標誌設定了時才有效。如果urg 標誌沒有被設定，緊急域作為填充。加快處理標示為緊急
的資料段。
選項(option)：長度不定，但長度必須以位元組。如果沒有選項就表示這個一位元組
的域等於0。
填充：不定長，填充的內容必須為0，它是為了數學目的而存在。目的是確保空
間的可**性。保證包頭的結合和資料的開始處偏移量能夠被32 整除，一般額外的零以保
證tcp 頭是32 位的整數倍。
標誌控制功能
urg：緊急標誌
緊急(the urgent pointer) 標誌有效。緊急標誌置位，
ack：確認標誌
確認編號(acknowledgement number)欄有效。大多數情況下該標誌位是置位的。
tcp 報頭內的確認編號欄內包含的確認編號(w+1，figure：1)為下一個預期的序列編號，同
時提示遠端系統已經成功接收所有資料。
psh：推標誌
該標誌置位時，接收端不將該資料進行佇列處理，而是儘可能快將資料轉由應用
處理。在處理telnet 或rlogin 等互動模式的連線時，該標誌總是置位的。
rst：復位標誌
復位標誌有效。用於復位相應的tcp 連線。
syn：同步標誌
同步序列編號(synchronize sequence numbers)欄有效。該標誌僅在三次握手建立
tcp 連線時有效。它提示tcp 連線的服務端檢查序列編號，該序列編號為tcp 連線初始端
(一般是客戶端)的初始序列編號。在這裡，可以把tcp 序列編號看作是一個範圍從0 到4，
294，967，295 的32 位計數器。通過tcp 連線交換的資料中每一個位元組都經過序列編號。
在tcp 報頭中的序列編號欄包括了tcp 分段中第一個位元組的序列編號。
fin：結束標誌
帶有該標誌置位的資料包用來結束一個tcp 回話，但對應埠仍處於開放狀態，
準備接收後續資料。
服務端處於監聽狀態，客戶端用於建立連線請求的資料包(ip packet)按照tcp/ip
協議堆疊組合成為tcp 處理的分段(segment)。
分析報頭資訊： tcp 層接收到相應的tcp 和ip 報頭，將這些資訊儲存到記憶體中。
檢查tcp 校驗和(checksum)：標準的校驗和位於分段之中(figure：2)。如果檢驗
失敗，不返回確認，該分段丟棄，並等待客戶端進行重傳。
查詢協議控制塊(pcb{})：tcp 查詢與該連線相關聯的協議控制塊。如果沒有找
到，tcp 將該分段丟棄並返回rst。(這就是tcp 處理沒有埠監聽情況下的機制) 如果該
協議控制塊存在，但狀態為關閉，服務端不呼叫connect()或listen()。該分段丟棄，但不返
回rst。客戶端會嘗試重新建立連線請求。
建立新的socket：當處於監聽狀態的socket 收到該分段時，會建立一個子socket，
同時還有socket{}，tcpcb{}和pub{}建立。這時如果有錯誤發生，會通過標誌位來拆除相應
的socket 和釋放記憶體，tcp 連線失敗。如果快取佇列處於填滿狀態，tcp 認為有錯誤發生，
所有的後續連線請求會被拒絕。這裡可以看出syn flood 攻擊是如何起作用的。
丟棄：如果該分段中的標誌為rst 或ack，或者沒有syn 標誌，則該分段丟棄。
並釋放相應的記憶體。
傳送序列變數
snd.una ： 傳送未確認
snd.nxt ： 傳送下一個
snd.wnd ： 傳送視窗
snd.up ： 傳送優先指標
snd.wl1 ： 用於最後視窗更新的段序列號
snd.wl2 ： 用於最後視窗更新的段確認號
iss ： 初始傳送序列號
接收序列號
rcv.nxt ： 接收下一個
rcv.wnd ： 接收下一個
rcv.up ： 接收優先指標
irs ： 初始接收序列號
當前段變數
seg.seq ： 段序列號
seg.ack ： 段確認標記
seg.len ： 段長
seg.wnd ： 段視窗
seg.up ： 段緊急指標
seg.prc ： 段優先順序
closed 表示沒有連線，各個狀態的意義如下：
listen ： 監聽來自遠方tcp 埠的連線請求。
syn-sent ： 在傳送連線請求後等待匹配的連線請求。
syn-received ： 在收到和傳送一個連線請求後等待對連線請求的確認。
established ： 代表一個開啟的連線，資料可以傳送給使用者。
fin-wait-1 ： 等待遠端tcp 的連線中斷請求，或先前的連線中斷請求的確認。
fin-wait-2 ： 從遠端tcp 等待連線中斷請求。
close-wait ： 等待從本地使用者發來的連線中斷請求。
closing ： 等待遠端tcp 對連線中斷的確認。
last-ack ： 等待原來發向遠端tcp 的連線中斷請求的確認。
time-wait ： 等待足夠的時間以確保遠端tcp 接收到連線中斷請求的確認。
closed ： 沒有任何連線狀態。
tcp 連線過程是狀態的轉換，促使發生狀態轉換的是使用者呼叫：open，send，
receive，close，abort 和status。傳送過來的資料段，特別那些包括以下標記的數
據段syn，ack，rst 和fin。還有超時，上面所說的都會時tcp 狀態發生變化。
序列號請注意，我們在tcp 連線中傳送的位元組都有一個序列號。因為編了號，所以可以
確認它們的收到。對序列號的確認是累積性的。tcp 必須進行的序列號比較操作種類包括
以下幾種：
①決定一些傳送了的但未確認的序列號。
②決定所有的序列號都已經收到了。
③決定下一個段中應該包括的序列號。
對於傳送的資料tcp 要接收確認，確認時必須進行的：
snd.una = 最老的確認了的序列號。
snd.nxt = 下一個要傳送的序列號。
seg.ack = 接收tcp 的確認，接收tcp 期待的下一個序列號。
seg.seq = 一個資料段的第一個序列號。
seg.len = 資料段中包括的位元組數。
seg.seq+seg.len-1 = 資料段的最後一個序列號。
如果一個資料段的序列號小於等於確認號的值，那麼整個資料段就被確認了。而
在接收資料時下面的比較操作是必須的：
rcv.nxt = 期待的序列號和接收視窗的最低沿。
rcv.nxt+rcv.wnd：1 = 最後一個序列號和接收視窗的最高沿。
seg.seq = 接收到的第一個序列號。
seg.seq+seg.len：1 = 接收到的最後一個序列號。
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