网络知识点大杂烩 SYN Flood 几种TCP连接中出现RST的情况 长连接与短连接
本文是个大杂烩，集中记述个人平时学习或遇到的关于网络的知识点。
我们先来看一下TCP/IP三次握手的过程：
1）Host A 发送一个TCP SYNchronize 包到 Host B
2）Host B 收到 Host A的SYN
3）Host B 发送一个 SYNchronize-ACKnowledgement
4）Host A 接收到Host B的 SYN-ACK
5）Host A 发送ACKnowledge
6）Host B 接收到ACK
7）TCP socket 连接建立ESTABLISHED
在三次握手过程中，Host B发送SYN-ACK之后，收到Host A的ACK之前的TCP连接称为半连接（half-open connect）。此时Host B处于SYN_RECV状态。当收到ACK后，Host B转入ESTABLISHED状态。
SYN攻击就是攻击端Host A在短时间内伪造大量不存在的伪IP地址，向Host B不断地发送SYN包，Host B回复确认包，并等待Host A的确认。由于源地址是不存在的，Host B需要不断的重发包直至超时。这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列，正常的SYN请求被丢弃，目标系统运行缓慢，严重者引起网络堵塞甚至系统瘫痪。
SYN flood攻击是一种典型的DDos攻击。检测SYN攻击非常的方便，当我们在服务器上看到大量的半连接状态时，特别是源IP地址是随机的，基本上可以断定这是一次SYN攻击。
更详细的请参考：
TCP SYN Flood攻击的原理机制/检测与防范及防御方法
几种TCP连接中出现RST的情况
这部分摘自博文几种TCP连接中出现RST的情况。
在TCP协议中RST表示复位，用来异常的关闭连接，在TCP的设计中它是不可或缺的。发送RST包关闭连接时，不必等缓冲区的包都发出去，直接就丢弃缓存区的包发送RST包。而接收端收到RST包后，也不必发送ACK包来确认。
其实在网络编程过程中，各种RST错误其实是比较难排查和找到原因的。下面列出几种会出现RST的情况。
端口未打开
服务器程序端口未打开而客户端来连接。这种情况是最为常见和好理解的一种了。去telnet一个未打开的TCP的端口可能会出现这种错误。这个和操作系统的实现有关。在某些情况下，操作系统也会完全不理会这些发到未打开端口请求。
比如在下面这种情况下，主机241向主机114发送一个SYN请求，表示想要连接主机114的40000端口，但是主机114上根本没有打开40000这个端口，于是就向主机241发送了一个RST。这种情况很常见。特别是服务器程序core dump之后重启之前连续出现RST的情况会经常发生。
当然在某些操作系统的主机上，未必是这样的表现。比如向一台WINDOWS7的主机发送一个连接不存在的端口的请求，这台主机就不会回应。
请求超时
曾经遇到过这样一个情况:一个客户端连接服务器，connect返回-1并且error=EINPROGRESS。 直接telnet发现网络连接没有问题。ping没有出现丢包。用抓包工具查看，客户端是在收到服务器发出的SYN之后就莫名其妙的发送了RST。
比如像下面这样：
有89、27两台主机。主机89向主机27发送了一个SYN，表示希望连接8888端口，主机27回应了主机89一个SYN表示可以连接。但是主机89却很不友好，莫名其妙的发送了一个RST表示我不想连接你了。
后来经过排查发现，在主机89上的程序在建立了socket之后，用setsockopt的SO_RCVTIMEO选项设置了recv的超时时间为100ms。而我们看上面的抓包结果表示，从主机89发出SYN到接收SYN的时间多达110ms。（从15:01:27.799961到15:01:27.961886， 小数点之后的单位是微秒）。因此主机89上的程序认为接收超时，所以发送了RST拒绝进一步发送数据。
提前关闭
关于TCP，我们在教科书里都读到过一句话，'TCP是一种可靠的连接'。 而这可靠有这样一种含义，那就是操作系统接收到的来自TCP连接中的每一个字节，我都会让应用程序接收到。如果应用程序不接收怎么办？你猜对了，RST。
看两段程序：
1 //server.c 2 3 int main(int argc, char** argv) 4 { 5 int listen_fd, real_fd; 6 struct sockaddr_in listen_addr, client_addr; 7 socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in); 8 listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); 9 if(listen_fd == -1) 10 { 11 perror("socket failed "); 12 return -1; 13 } 14 bzero(&listen_addr,sizeof(listen_addr)); 15 listen_addr.sin_family = AF_INET; 16 listen_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 17 listen_addr.sin_port = htons(SERV_PORT); 18 bind(listen_fd,(struct sockaddr *)&listen_addr, len); 19 listen(listen_fd, WAIT_COUNT); 20 while(1) 21 { 22 real_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &len); 23 if(real_fd == -1) 24 { 25 perror("accpet fail "); 26 return -1; 27 } 28 if(fork() == 0) 29 { 30 close(listen_fd); 31 char pcContent[4096]; 32 read(real_fd,pcContent,4096); 33 close(real_fd); 34 exit(0); 35 } 36 close(real_fd); 37 } 38 return 0; 39 }
这一段是server的最简单的代码。逻辑很简单，监听一个TCP端口然后当有客户端来连接的时候fork一个子进程来处理。注意看的是这一段fork里面的处理：
1 char pcContent[4096]; 2 read(real_fd,pcContent,4096); 3 close(real_fd);
每次只是读socket的前4096个字节，然后就关闭掉连接。
然后再看一下client的代码：
1 //client.c 2 int main(int argc, char** argv) 3 { 4 int send_sk; 5 struct sockaddr_in s_addr; 6 socklen_t len = sizeof(s_addr); 7 send_sk = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); 8 if(send_sk == -1) 9 { 10 perror("socket failed "); 11 return -1; 12 } 13 bzero(&s_addr, sizeof(s_addr)); 14 s_addr.sin_family = AF_INET; 15 16 inet_pton(AF_INET,SER_IP,&s_addr.sin_addr); 17 s_addr.sin_port = htons(SER_PORT); 18 if(connect(send_sk,(struct sockaddr*)&s_addr,len) == -1) 19 { 20 perror("connect fail "); 21 return -1; 22 } 23 char pcContent[5000]={0}; 24 write(send_sk,pcContent,5000); 25 sleep(1); 26 close(send_sk); 27 }
这段代码更简单，就是打开一个socket然后连接一个服务器并发送5000个字节。刚才我们看服务器的代码，每次只接收4096个字节，那么就是说客户端发送的剩下的4个字节服务端的应用程序没有接收到，服务器端的socket就被关闭掉，这种情况下会发生什么状况呢，还是抓包看一看。
前三行就是TCP的3次握手，从第四行开始看，客户端的49660端口向服务器的9877端口发送了5000个字节的数据，然后服务器端发送了一个ACK进行了确认，紧接着服务器向客户端发送了一个RST断开了连接。和我们的预期一致。
在一个已关闭的socket上收到数据
如果某个socket已经关闭，但依然收到数据也会产生RST。
服务端和客户端代码如下：
1 int main(int argc, char** argv) 2 { 3 int listen_fd, real_fd; 4 struct sockaddr_in listen_addr, client_addr; 5 socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in); 6 listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); 7 if(listen_fd == -1) 8 { 9 perror("socket failed "); 10 return -1; 11 } 12 bzero(&listen_addr,sizeof(listen_addr)); 13 listen_addr.sin_family = AF_INET; 14 listen_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 15 listen_addr.sin_port = htons(SERV_PORT); 16 bind(listen_fd,(struct sockaddr *)&listen_addr, len); 17 listen(listen_fd, WAIT_COUNT); 18 while(1) 19 { 20 real_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &len); 21 if(real_fd == -1) 22 { 23 perror("accpet fail "); 24 return -1; 25 } 26 if(fork() == 0) 27 { 28 close(listen_fd); 29 char pcContent[4096]; 30 read(real_fd,pcContent,4096); 31 close(real_fd); 32 exit(0); 33 } 34 close(real_fd); 35 } 36 return 0; 37 }
1 int main(int argc, char** argv) 2 { 3 int send_sk; 4 struct sockaddr_in s_addr; 5 socklen_t len = sizeof(s_addr); 6 send_sk = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); 7 if(send_sk == -1) 8 { 9 perror("socket failed "); 10 return -1; 11 } 12 bzero(&s_addr, sizeof(s_addr)); 13 s_addr.sin_family = AF_INET; 14 15 inet_pton(AF_INET,SER_IP,&s_addr.sin_addr); 16 s_addr.sin_port = htons(SER_PORT); 17 if(connect(send_sk,(struct sockaddr*)&s_addr,len) == -1) 18 { 19 perror("connect fail "); 20 return -1; 21 } 22 char pcContent[4096]={0}; 23 write(send_sk,pcContent,4096); 24 sleep(1); 25 write(send_sk,pcContent,4096); 26 close(send_sk); 27 }
客户端在服务端已经关闭掉socket之后，仍然在发送数据。这时服务端会产生RST。
长连接与短连接
该部分整理自博文TCP长连接与短连接的区别。
当网络通信时采用TCP协议时，在真正的读写操作之前，客户端与服务端之间必须建立一个连接。当读写操作完成后，双方不再需要这个连接时可以释放这个连接。连接的建立需要三次握手，而释放则需要4次握手，所以说每个连接的建立和释放都需要消耗资源和时间。
长连接与短连接概念
长连接: 指在一个TCP连接上可以连续发送多个数据包，在TCP连接保持期间，如果没有数据包发送，需要双方发检测包以维持此连接；一般需要自己做在线维持。
短连接: 指通信双方有数据交互时，就建立一个TCP连接，数据发送完成后，则断开此TCP连接。它的优点是管理起来比较简单、存在的连接都是有用的连接、不需要额外的控制手段。比如http的，只是连接、请求、关闭。过程时间较短，服务器若是一段时间内没有收到请求即可关闭连接。
其实长连接是相对于通常的短连接而说的，也就是长时间保持客户端与服务端的连接状态。
长连接与短连接的操作过程
通常的短连接操作步骤是： 连接→数据传输→关闭连接。
而长连接通常就是： 连接→数据传输→保持连接(心跳)→数据传输→保持连接(心跳)→……→关闭连接。
这就要求长连接在没有数据通信时，定时发送数据包(心跳)，以维持连接状态，短连接在没有数据传输时直接关闭就行了。
什么时候用长连接，短连接？
长连接多用于操作频繁，点对点的通讯，而且连接数不能太多情况。每个TCP连接都需要三步握手，这需要时间，如果每个操作都是先连接，再操作的话那么处理速度会降低很多，所以每个操作完后都不断开，下次次处理时直接发送数据包就OK了，不用建立TCP连接。例如：数据库的连接用长连接， 如果用短连接频繁的通信会造成socket错误，而且频繁的socket 创建也是对资源的浪费。
相对长连接，短连接更适应于操作过程时间短和简单的情况。
长连接程序实例
1 #include <stdio.h> 2 #include <string.h> 3 #include <errno.h> 4 #include <sys/socket.h> 5 #include <resolv.h> 6 #include <stdlib.h> 7 #include <netinet/in.h> 8 #include <arpa/inet.h> 9 #include <arpa/inet.h> 10 #include <unistd.h> 11 #include <sys/time.h> 12 #include <sys/types.h> 13 #define MAXBUF 1024 14 15 int main(int argc, char **argv) 16 { 17 int sockfd, len; 18 struct sockaddr_in dest; 19 char buffer[MAXBUF]; 20 char heartbeat[20] = "hello server"; 21 fd_set rfds; 22 struct timeval tv; 23 int retval, maxfd = -1; 24 25 if (argc != 3) 26 { 27 printf("error! the right format should be : 28 %s IP port eg: %s127.0.0.1 80 ", 29 argv[0], argv[0]); 30 exit(0); 31 } 32 33 if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) 34 { 35 perror("Socket"); 36 exit(errno); 37 } 38 39 bzero(&dest, sizeof(dest)); 40 dest.sin_family = AF_INET; 41 dest.sin_port = htons(atoi(argv[2])); 42 memset(&(dest.sin_zero), 0, 8); 43 if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr*)&dest.sin_addr.s_addr) == 0) 44 { 45 perror(argv[1]); 46 exit(errno); 47 } 48 49 if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest)) != 0) 50 { 51 perror("Connect"); 52 exit(errno); 53 } 54 printf(" Ready to start chatting. Direct input messages and enter to send messages to the server "); 55 56 while (1) 57 { 58 FD_ZERO(&rfds); 59 FD_SET(0, &rfds); 60 maxfd = 0; 61 62 FD_SET(sockfd, &rfds); 63 if (sockfd > maxfd) 64 maxfd = sockfd; 65 66 tv.tv_sec = 2; 67 tv.tv_usec = 0; 68 69 retval = select(maxfd + 1, &rfds, NULL, NULL, &tv); 70 if (retval == -1) 71 { 72 printf("Will exit and the select is error! %s", strerror(errno)); 73 break; 74 } 75 else if (retval == 0) 76 { 77 //printf("No message comes, no buttons, continue to wait ... "); 78 len = send(sockfd, heartbeat, strlen(heartbeat), 0); 79 if (len < 0) 80 { 81 printf("Message '%s' failed to send ! The error code is %d, error message '%s' ", 82 heartbeat, errno, strerror(errno)); 83 break; 84 } 85 else 86 { 87 printf("News: %s send, sent a total of %d bytes! ", 88 heartbeat, len); 89 } 90 91 continue; 92 } 93 else 94 { 95 if (FD_ISSET(sockfd, &rfds)) 96 { 97 bzero(buffer, MAXBUF + 1); 98 len = recv(sockfd, buffer, MAXBUF, 0); 99 if (len > 0) 100 { 101 printf("Successfully received the message: '%s',%d bytes of data ", 102 buffer, len); 103 } 104 else 105 { 106 if (len < 0) 107 printf("Failed to receive the message! The error code is %d, error message is '%s' ", 108 errno, strerror(errno)); 109 else 110 printf("Chat to terminate! "); 111 break; 112 } 113 } 114 115 116 if (FD_ISSET(0, &rfds)) 117 { 118 bzero(buffer, MAXBUF + 1); 119 fgets(buffer, MAXBUF, stdin); 120 121 if (!strncasecmp(buffer, "quit", 4)) 122 { 123 printf("Own request to terminate the chat! "); 124 break; 125 } 126 127 len = send(sockfd, buffer, strlen(buffer) - 1, 0); 128 if (len < 0) 129 { 130 printf("Message '%s' failed to send ! The error code is %d, error message '%s' ", 131 buffer, errno, strerror(errno)); 132 break; 133 } 134 else 135 { 136 printf("News: %s send, sent a total of %d bytes! ", 137 buffer, len); 138 } 139 } 140 } 141 } 142 143 close(sockfd); 144 return 0; 145 }