socket通信原理三次握手和四次握手詳解及原因

1.socket在網絡層中的位置

在這裏插入圖片描述

2.socket大致流程

先從服務器端說起。服務器端先初始化Socket,然後與端口綁定(bind),對端口進行監聽(listen),調用accept阻塞,等待客戶端連接。在這時如果有個客戶端初始化一個Socket,然後連接服務器(connect),如果連接成功,這時客戶端與服務器端的連接就建立了。客戶端發送數據請求,服務器端接收請求並處理請求,然後把迴應數據發送給客戶端,客戶端讀取數據,最後關閉連接,一次交互結束。
在這裏插入圖片描述
概述
我們都知道 TCP 是 可靠的數據傳輸協議,UDP是不可靠傳輸,那麼TCP它是怎麼保證可靠傳輸的呢?那我們就不得不提 TCP 的三次握手和四次揮手。

3. 三次握手

下圖爲三次握手的流程圖
在這裏插入圖片描述
第一次握手
建立連接。客戶端發送連接請求報文段,將SYN位置爲1,Sequence Number爲x;(x 是隨機生成的一個 int 數值)然後,客戶端進入SYN_SEND狀態,等待服務器的確認;
第二次握手
服務器收到SYN報文段。服務器收到客戶端的SYN報文段,需要對這個SYN報文段進行確認,設置Acknowledgment Number爲x+1(Sequence Number+1);同時,自己自己還要發送SYN請求信息,將SYN位置爲1,Sequence Number爲 y (y 是隨機生存的一個 int 數值);服務器端將上述所有信息放到一個報文段(即SYN+ACK報文段)中,一併發送給客戶端,此時服務器進入SYN_RECV狀態;
第三次握手
客戶端收到服務器的SYN+ACK報文段。然後將Acknowledgment Number設置爲y+1,向服務器發送ACK報文段,這個報文段發送完畢以後,客戶端和服務器端都進入ESTABLISHED狀態,完成TCP三次握手。

4.四次揮手

在這裏插入圖片描述
第一次揮手:
Client (可以使客戶端,也可以是服務器端),設置Sequence Number和Acknowledgment Number,向 Server發送一個FIN報文段;此時,Client 進入FIN_WAIT_1狀態;這表示 Client 沒有數據要發送給 Server了;
客戶端發送第一次揮手後,就不能在向 服務端發送數據了。

第二次揮手:
Server 收到了 Client 發送的FIN報文段,向 Client 回一個ACK報文段,Acknowledgment Number 爲 Sequence Number 加 1;Client 進入 FIN_WAIT_2 狀態;Server 告訴 Client ,我“同意”你的關閉請求;
Server 第一次響應後,還可以繼續向 Client 發送數據,這裏只是告訴 Client ,我收到你發送的關閉請求。

第三次揮手
Server 向 Client 發送 FIN 報文段,請求關閉連接,同時 Server 進入 CLOSE_WAIT 狀態;
當 Server 的數據響應完成後,再告訴 Client,我這邊也可以關閉請求了, 這時
Server 就不能再向 Client 發送數據了

第四次揮手
Client 收到 Server 發送的 FIN 報文段,向 Server 發送 ACK 報文段,然後 Client 進入
TIME_WAIT 狀態;Server 收到 Client 的 ACK 報文段以後,就關閉連接;此時,Client
等待2MSL後依然沒有收到回覆,則證明 Server 端已正常關閉,那好,Client 也可以關閉連接了。
什麼是MSL

MSL是Maximum Segment Lifetime英文的縮寫,中文可以譯爲“報文最大生存時間”,他是任何報文在網絡上存在的最長時間,超過這個時間報文將被丟棄。因爲tcp報文(segment)是ip數據報(datagram)的數據部分,具體稱謂請參見《數據在網絡各層中的稱呼》一文,而ip頭中有一個TTL域,TTL是time to live的縮寫,中文可以譯爲“生存時間”,這個生存時間是由源主機設置初始值但不是存的具體時間,而是存儲了一個ip數據報可以經過的最大路由數,每經過一個處理他的路由器此值就減1,當此值爲0則數據報將被丟棄,同時發送ICMP報文通知源主機。RFC 793中規定MSL爲2分鐘,實際應用中常用的是30秒,1分鐘和2分鐘等。

2MSL即兩倍的MSL,TCP的TIME_WAIT狀態也稱爲2MSL等待狀態,當TCP的一端發起主動關閉,在發出最後一個ACK包後,即第3次握手完成後發送了第四次握手的ACK包後就進入了TIME_WAIT狀態,必須在此狀態上停留兩倍的MSL時間,等待2MSL時間主要目的是怕最後一個ACK包對方沒收到,那麼對方在超時後將重發第三次握手的FIN包,主動關閉端接到重發的FIN包後可以再發一個ACK應答包。在TIME_WAIT狀態時兩端的端口不能使用,要等到2MSL時間結束纔可繼續使用。當連接處於2MSL等待階段時任何遲到的報文段都將被丟棄。不過在實際應用中可以通過設置SO_REUSEADDR選項達到不必等待2MSL時間結束再使用此端口。

TTL與MSL是有關係的但不是簡單的相等的關係,MSL要大於等於TTL。

5.爲什麼要三次握手?

TCP 建立連接,其實通過兩次握手就可以建立連接了,爲什麼要三次呢?是不是多此一舉呢?
1、《計算機網絡》中是這樣說的:
爲了防止已失效的連接請求報文段突然又傳送到了服務端,因而產生錯誤。
在書中同時舉了一個例子,如下:
已失效的連接請求報文段”的產生在這樣一種情況下:client發出的第一個連接請求報文段並沒有丟失,而是在某個網絡結點長時間的滯留了,以致延誤到連接釋放以後的某個時間纔到達server。本來這是一個早已失效的報文段。但server收到此失效的連接請求報文段後,就誤認爲是client再次發出的一個新的連接請求。於是就向client發出確認報文段,同意建立連接。假設不採用“三次握手”,那麼只要server發出確認,新的連接就建立了。由於現在client並沒有發出建立連接的請求,因此不會理睬server的確認,也不會向server發送數據。但server卻以爲新的運輸連接已經建立,並一直等待client發來數據。這樣,server的很多資源就白白浪費掉了。採用“三次握手”的辦法可以防止上述現象發生。例如剛纔那種情況,client不會向server的確認發出確認。server由於收不到確認,就知道client並沒有要求建立連接。”

2、網絡故障

比如,現在網絡出現了故障,只能發請求數據包,而接收不到響應數據包,那麼只要發送一次請求,服務器就建立請求,這樣肯定也是不對的,網絡請求有來有回才能完成通訊。所以三次握手是必不可少的。

6.爲什麼要四次揮手呢

TCP協議是一種面向連接的、可靠的、基於字節流的運輸層通信協議。TCP是全雙工模式,這就意味着,當 Client 發出FIN報文段時,只是表示 Client 已經沒有數據要發送了,Client 告訴 Server,它的數據已經全部發送完畢了;但是,這個時候 Client 還是可以接受來自 Server 的數據;當 Server 返回ACK報文段時,表示它已經知道 Client 沒有數據發送了,但是 Server 還是可以發送數據到 Client 的;當 Server 也發送了FIN報文段時,這個時候就表示 Server 也沒有數據要發送了,就會告訴 Client ,我也沒有數據要發送了,之後彼此就會愉快的中斷這次TCP連接。如果要正確的理解四次分手的原理,就需要了解四次分手過程中的狀態變化。

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章