TCP两端同时尝试建立连接

Question

考虑TCP的三次握手。可以在此处找到解释。

上面的文章提到，两端可能同时尝试连接，而在这种情况下三次握手仍然有效。

我们能否使用套接字API模拟这种情况呢？通常使用套接字编写的是被动打开（服务器）和主动打开（客户端）吗？

- Rohit Banga

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不完全是。这是在上课期间突然冒出的一个想法。不需要提交，只是为了学习。 - Rohit Banga

就我所知，这与TCP打洞非常相似。 - andrew cooke

Answer 1

使用套接字API可以导致同时进行TCP打开。正如尼古拉所提到的那样，这是执行以下序列并使初始SYN交叉的时间问题。

bind addr1, port1
connect addr2, port2
bind addr2, port2
connect addr1, port1

以下是我如何使用单个Linux主机实现同时打开的步骤：

1. 使用netem减慢环回接口的速度。

tc qdisc add dev lo root handle 1:0 netem delay 5sec

运行两次netcat

netcat -p 3000 127.0.0.1 2000
netcat -p 2000 127.0.0.1 3000

这两个netcat进程互相连接，形成一个TCP连接。

$ lsof -nP -c netcat -a -i # some columns removed 
COMMAND   PID NAME
netcat  27911 127.0.0.1:2000->127.0.0.1:3000 (ESTABLISHED)
netcat  27912 127.0.0.1:3000->127.0.0.1:2000 (ESTABLISHED)

下面是tcpdump展示给我的内容（为了清晰起见进行了编辑）

127.0.0.1.2000 > 127.0.0.1.3000: Flags [S], seq 1139279069
127.0.0.1.3000 > 127.0.0.1.2000: Flags [S], seq 1170088782
127.0.0.1.3000 > 127.0.0.1.2000: Flags [S.], seq 1170088782, ack 1139279070
127.0.0.1.2000 > 127.0.0.1.3000: Flags [S.], seq 1139279069, ack 1170088783

- sigjuice

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那是一个非常全面的答案。我尝试了一下并学到了新的东西。谢谢。 - Rohit Banga

小修正。在我的电脑上，使用 tc qdisc replace 会出现错误 RTNETLINK: file exists。此外，我使用了 ls -la /dev/loop0 中的主要和次要编号。 - Rohit Banga

我看到连续交换了多个SYN，所有的序列号都相同。有什么原因吗？ - Rohit Banga

你可以尝试回答这个问题： https://dev59.com/qEvSa4cB1Zd3GeqPivqH - Rohit Banga

@iamrohitbanga SYN会被重传直到收到ACK，这就是为什么你会看到有多个具有相同序列号的SYN。我也看到了它们，但选择不在此处包含它们。 - sigjuice

Answer 2

为方便参考，除了sigjuice和Nikolai提供的优秀答案，我们可以用Python轻松实现同时打开多个程序。在两个不同的Python解释器中输入以下代码：

>>> import socket
>>> s1 = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
>>> s1.bind(('localhost', 1111))
>>> s1.connect(('localhost', 2222))
>>> s1.send('hello')
5
>>> s1.recv(5)
'world'

并且：

>>> import socket
>>> s2 = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
>>> s2.bind(('localhost', 2222))
>>> s2.connect(('localhost', 1111))
>>> s2.recv(5)
'hello'
>>> s2.send('world')
5

（连接调用必须在两个绑定调用都返回后进行）

- jbenet

Answer 3

我们采用被动服务器和主动客户端的方式，因为这种方式易于理解、相对容易实现和编码。可以将其类比为商店和顾客之间的关系，我们可能会处于以下情况之一：

• 顾客去商店（主动客户端），商店开门迎接（被动服务器）——双方都很高兴。
• 顾客去商店，商店关闭了（没有服务器在监听）——顾客没那么幸运。
• 商店开门了，但没有顾客来——商店不太幸运。
• 商店关闭了，也没有顾客来——无人问津 :)

由于服务器被动等待客户端连接，因此很容易预测何时可以建立连接。除了服务器地址和端口号外，不需要任何预先协议。

另一方面，“同时打开”则需要双方连接超时，即必须仔细协调才能建立连接，以便 SYN 在“飞行”中交叉。这是 TCP 协议的一个有趣特性，但我不认为在实践中有任何用途。

您可以尝试通过打开套接字、绑定到端口（以便另一端知道要连接到哪里）并尝试连接来模拟此过程。两端是对称的。可以使用 netcat 的 -p 选项尝试。不过您必须非常快 :)

- Nikolai Fetissov

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不，你很可能无法在本地主机上完成这个任务 - 数据包传输速度太快了 :) - Nikolai Fetissov

在两个主机上执行对称的connect()，如果SYN交叉，将建立工作中的TCP连接？在这种情况下，是否根本不需要使用listen()？ - sigjuice

是的，不需要使用 **listen()**，但需要使用 **bind()**。 - Nikolai Fetissov

实际上有一个使用案例。穿透两个NAT打通TCP连接。 - Wu Yongzheng

是的，一种人工解决方案来应对有限地址空间上笨拙的黑客攻击...非常实用 :) - Nikolai Fetissov