TCP 协议基础

TCP (Transmission Control Protocol, 传输控制协议) 是一种面向连接的, 可靠的, 基于字节流的传输层通信协议.

TCP 三次握手 (Three-way Handshake)

三次握手用于建立一个 TCP 连接. 其主要目的是初始化序列号, 并确认双方的收发能力.

第一次握手 (SYN): 客户端发送一个 SYN 包 (序列号 seq=x) 到服务器, 进入 SYN-SENT 状态.
第二次握手 (SYN + ACK): 服务器收到 SYN 包, 返回自己的 SYN 包 (序列号 seq=y) 以及对客户端 SYN 的确认 ACK (ack=x+1), 服务器进入 SYN-RECEIVED 状态.
第三次握手 (ACK): 客户端收到 SYN+ACK 包, 发送确认包 ACK (ack=y+1), 客户端进入 ESTABLISHED 状态. 服务器收到 ACK 后, 也进入 ESTABLISHED 状态.

TCP 四次挥手 (Four-way Handshake)

四次挥手用于终止一个 TCP 连接. 由于 TCP 是全双工的, 每个方向都必须单独关闭.

第一次挥手 (FIN): 客户端发送 FIN 包 (序列号 seq=u), 进入 FIN-WAIT-1 状态, 表示客户端没有数据要发送了.
第二次挥手 (ACK): 服务器收到 FIN 包, 返回 ACK (ack=u+1), 服务器进入 CLOSE-WAIT 状态. 此时 TCP 连接处于半关闭状态, 服务器可能还有数据没发完. 客户端收到后进入 FIN-WAIT-2.
第三次挥手 (FIN): 服务器发完所有数据后, 发送 FIN 包 (序列号 seq=v), 进入 LAST-ACK 状态.
第四次挥手 (ACK): 客户端收到 FIN 包, 返回 ACK (ack=v+1), 进入 TIME-WAIT 状态. 服务器收到 ACK 后关闭连接. 客户端在等待 2MSL 之后也关闭连接.

TCP 状态机 (State Machine)

TCP 连接在其生命周期中会经历多个状态.

常见状态说明

状态	说明
LISTEN	服务器等待来自客户端的连接请求.
SYN-SENT	客户端发送 SYN 报文后等待匹配的连接请求.
SYN-RECEIVED	服务器收到 SYN 报文并发送 SYN+ACK 后, 等待客户端的确认.
ESTABLISHED	连接已建立, 可以正常收发数据.
FIN-WAIT-1	等待远程 TCP 的连接中断请求, 或先前的连接中断请求的确认.
FIN-WAIT-2	从远端 TCP 等待连接中断请求.
CLOSE-WAIT	等待从本地用户发来的连接中断请求.
LAST-ACK	等待原来发向远端 TCP 的连接中断请求的确认.
TIME-WAIT	等待足够的时间以确保远程 TCP 接收到连接中断请求的确认.
CLOSED	没有任何连接状态.

常用排查工具 (CLI Tools)

在 Linux 环境下, 可以使用以下命令检查 TCP 连接状态.

1. `ss` (Socket Statistics)

ss 是查看网络连接的首选工具, 比传统的 netstat 更快, 更详细.

# 查看所有 TCP 连接
ss -t -a

# 查看处于 ESTABLISHED 状态的连接
ss -t state established

# 查看监听端口及其对应的进程
ss -tunlp

2. `netstat`

虽然已逐渐被 ss 取代, 但在许多系统中仍广泛使用.

# 查看所有监听端口
netstat -tpln

3. `tcpdump`

用于抓取和分析网络数据包.

# 抓取特定网卡的 TCP 握手包 (SYN, ACK, FIN)
tcpdump -i eth0 'tcp[tcpflags] & (tcp-syn|tcp-ack|tcp-fin) != 0'

4. `socat`

socat 是一个强大的多功能网络工具, 用于在两个数据流之间建立双向通道.

# 监听 TCP 端口并转发到另一个地址
socat TCP4-LISTEN:8080,fork TCP4:google.com:80

# TCP 端口转发 (本地端口 80 转发到远程服务器 80)
socat TCP4-LISTEN:80,reuseaddr,fork TCP4:remote-server:80

5. `nc` (Netcat)

被称为网络工具中的 "瑞士军刀", 常用于端口扫描, 文件传输和简单聊天.

# 检查远程端口是否开放
nc -zv 192.168.1.1 22

# 监听端口并作为简易 HTTP 服务器 (返回文本)
echo -e "HTTP/1.1 200 OK\n\n Hello World" | nc -l 8080

# 文件传输 (接收端)
nc -l 9999 > received_file
# 文件传输 (发送端)
nc 192.168.1.1 9999 < file_to_send

6. `nmap`

强大的网络探测和安全审核工具.

# 扫描主机开放的 TCP 端口
nmap -sT 192.168.1.1

# 扫描并识别服务版本及操作系统
nmap -A -v 192.168.1.1

# 扫描特定端口范围
nmap -p 1-1024 192.168.1.1

7. `iperf3`

用于测试网络带宽和吞吐量.

# 服务端模式
iperf3 -s

# 客户端模式 (连接到服务端进行 10 秒测试)
iperf3 -c 192.168.1.1

# 使用多个并行流进行测试
iperf3 -c 192.168.1.1 -P 4

TCP

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