TCP協(xié)議的通訊方式
一、TCP三次握手
傳輸控制協(xié)議(Transport Control Protocol)是一種面向連接的，可靠的傳輸層協(xié)議。面向連接是指一次正常的TCP傳輸需要通過在TCP客戶端和TCP服務端建立特定的虛電路連接來完成，該過程通常被稱為“三次握手”?？煽啃钥梢酝ㄟ^很多種方法來提供保證，在這里我們關心的是數(shù)據(jù)序列和確認。TCP通過數(shù)據(jù)分段(Segment)中的序列號保證所有傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以在遠端按照正常的次序進行重組，而且通過確認保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴Ｒㄟ^TCP傳輸數(shù)據(jù)，必須在兩端主機之間建立連接。舉例說明，TCP客戶端需要和TCP服務端建立連接，過程如下所示：
在第一步中，客戶端向服務端提出連接請求。這時TCP SYN標志置位?？蛻舳烁嬖V服務端序列號區(qū)域合法，需要檢查。客戶端在TCP報頭的序列號區(qū)中插入自己的ISN。服務端收到該TCP分段后，在第二步以自己的ISN回應(SYN標志置位)，同時確認收到客戶端的第一個TCP分段(ACK標志置位)。在第三步中，客戶端確認收到服務端的ISN(ACK標志置位)。到此為止建立完整的TCP連接，開始全雙工模式的數(shù)據(jù)傳輸過程。
二、TCP標志
這里有必要介紹一下TCP分段中的標志(Flag)置位情況。如下圖所示。
*SYN：同步標志
同步序列編號(Synchronize Sequence Numbers)欄有效。該標志僅在三次握手建立TCP連接時有效。它提示TCP連接的服務端檢查序列編號，該序列編號為TCP連接初始端(一般是客戶端)的初始序列編號。在這里，可以把TCP序列編號看作是一個范圍從0到4，294，967，295的32位計數(shù)器。通過TCP連接交換的數(shù)據(jù)中每一個字節(jié)都經(jīng)過序列編號。在TCP報頭中的序列編號欄包括了TCP分段中第一個字節(jié)的序列編號。
*ACK：確認標志
確認編號(Acknowledgement Number)欄有效。大多數(shù)情況下該標志位是置位的。TCP報頭內(nèi)的確認編號欄內(nèi)包含的確認編號(w+1，F(xiàn)igure-1)為下一個預期的序列編號，同時提示遠端系統(tǒng)已經(jīng)成功接收所有數(shù)據(jù)。
*RST：復位標志
復位標志有效。用于復位相應的TCP連接。
*URG：緊急標志
緊急(The urgent pointer) 標志有效。緊急標志置位，
*PSH：推標志
該標志置位時，接收端不將該數(shù)據(jù)進行隊列處理，而是盡可能快將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)由應用處理。在處理 telnet 或 rlogin 等交互模式的連接時，該標志總是置位的。
*FIN：結(jié)束標志
帶有該標志置位的數(shù)據(jù)包用來結(jié)束一個TCP回話，但對應端口仍處于開放狀態(tài)，準備接收后續(xù)數(shù)據(jù)。#p#
三、TCP端口
為了能夠支持同時發(fā)生的并行訪問請求，TCP提供一種叫做“端口”的用戶接口。端口是操作系統(tǒng)核心用來識別不同的網(wǎng)絡回話過程。這是一個嚴格的傳輸層定義。通過TCP端口和IP地址的配合使用，可以提供到達終端的通訊手段。實際上，在任一時刻的互聯(lián)網(wǎng)絡連接可以由4個數(shù)字進行描述： 來源IP地址和來源端口，目的IP地址和目的端口。位于不同系統(tǒng)平臺，用來提供服務的一端通過標準的端口提供相應服務。舉例來說，標準的TELNET守護進程(telnet daemon)通過監(jiān)聽TCP 23端口，準備接收用戶端的連接請求。
四、TCP緩存(TCP Backlog)
通常情況下，操作系統(tǒng)會使用一塊限定的內(nèi)存來處理TCP連接請求。每當用戶端發(fā)送的SYN標志置位連接請求到服務端的一個合法端口(提供TCP服務的一端監(jiān)聽該端口)時，處理所有連接請求的內(nèi)存使用量必須進行限定。如果不進行限定，系統(tǒng)會因處理大量的TCP連接請求而耗盡內(nèi)存，這在某種程度上可以說是一種簡單的DoS攻擊。這塊經(jīng)過限定的，用于處理TCP連接的內(nèi)存稱為TCP緩存(TCP Backlog)，它實際上是用于處理進站(inbound)連接請求的一個隊列。該隊列保存那些處于半開放(half-open)狀態(tài)的TCP連接項目，和已建立完整連接但仍未由應用程序通過accept()調(diào)用提取的項目。如果這個緩存隊列被填滿，除非可以及時處理隊列中的項目，否則任何其它新的TCP連接請求會被丟棄。
一般情況下，該緩存隊列的容量很小。原因很簡單，在正常的情況下TCP可以很好的處理連接請求。如果當緩存隊列填滿的時候新的客戶端連接請求被丟棄，客戶端只需要簡單的重新發(fā)送連接請求，服務端有時間清空緩存隊列以相應新的連接請求。
在現(xiàn)實環(huán)境中，不同操作系統(tǒng)支持TCP緩沖隊列有所不同。在BSD結(jié)構的系統(tǒng)中，如下所示：
五、TCP進站(Inbound)處理過程
為了更好的講述TCP SYN Flood的攻擊過程，我們先來介紹一下正常情況下，TCP進站處理的過程。
服務端處于監(jiān)聽狀態(tài)，客戶端用于建立連接請求的數(shù)據(jù)包(IP packet)按照TCP/IP協(xié)議堆棧組合成為TCP處理的分段(segment)。
分析報頭信息： TCP層接收到相應的TCP和IP報頭，將這些信息存儲到內(nèi)存中。
檢查TCP校驗和(checksum)：標準的校驗和位于分段之中(Figure-2)。如果檢驗失敗，不返回確認，該分段丟棄，并等待客戶端進行重傳。
查找協(xié)議控制塊(PCB{})：TCP查找與該連接相關聯(lián)的協(xié)議控制塊。如果沒有找到，TCP將該分段丟棄并返回RST。(這就是TCP處理沒有端口監(jiān)聽情況下的機制) 如果該協(xié)議控制塊存在，但狀態(tài)為關閉，服務端不調(diào)用connect()或listen()。該分段丟棄，但不返回RST?？蛻舳藭L試重新建立連接請求。
建立新的socket：當處于監(jiān)聽狀態(tài)的socket收到該分段時，會建立一個子socket，同時還有socket{}，tcpcb{}和pcb{}建立。這時如果有錯誤發(fā)生，會通過標志位來拆除相應的socket和釋放內(nèi)存，TCP連接失敗。如果緩存隊列處于填滿狀態(tài)，TCP認為有錯誤發(fā)生，所有的后續(xù)連接請求會被拒絕。這里可以看出SYN Flood攻擊是如何起作用的。
丟棄：如果該分段中的標志為RST或ACK，或者沒有SYN標志，則該分段丟棄。并釋放相應的內(nèi)存。
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