TCP的三次握手和四次挥手

  TCP协议属于可靠的传输层协议,提供可靠的字节流服务,采用三次握手确认建立一个连接。
  所谓字节流服务(Byte Stream Service)是指,为了方便传输,将大块数据分割成以报文段(segment)为单位的数据包进行管理。而可靠的传输服务是指,能够把数据准确可靠的传送给对方。
  为了准确无误的将数据送达目标处,TCP协议采用了三次握手(three-way handshaking)和四次挥手(four-way handshake)策略。用TCP协议把数据包送出去后,TCP协议会向对方确认是否成功送达。

三次握手(建立连接)

  握手过程中使用了TCP的标志(flag)——SYN(synchronize,同步)和ACK(acknowledge,确认)。
  发送端首先发送一个带SYN标志的数据包给对方。接收端收到后,回传一个带有SYN/ACK标志的数据包以示传达确认信息。最后,发送端再回传一个带ACK标志的数据包,代表“握手”结束。
  下面用一个简图先建立一下概念:
  这里写图片描述
  只是了解TCP三次握手的概念,是没有卵用的,你需要去了解TCP三次握手中的一些细节,来看一个详细的图。 
  位码即TCP标志位,有6种标示
  SYN(synchronize建立联机)
  ACK(acknowledgement确认)
  PSH(push传送)
  FIN(finish结束)
  URG(urgent紧急)
  Sequence number(顺序号码)
  Acknowledge number(确认号码)
  这里写图片描述
  各个状态的意义如下:
  LISTEN-侦听来自远方TCP端口的连接请求;
  SYN_SENT-在发送连接请求后等待匹配的连接请求;
  SYN_RECEVED-在收到和发送一个连接请求后等待对连接请求的确认;
  ESTABLISHED-代表一个打开的连接,数据可以传送给用户;
  
  第一次握手:建立连接。客户端发送连接请求报文段,将SYN位置为1,Sequence Number为x;然后,客户端进入SYN_SEND状态,等待服务器的确认;
  第二次握手:服务器收到SYN报文段。服务器收到客户端的SYN报文段,需要对这个SYN报文段进行确认,设置Acknowledgement Numberx+1(Sequence Number+1);同时,自己还要发送SYN请求信息,将SYN位置为1,Sequence Numbery;服务器端将上述所有信息放到一个报文段(即SYN+ACK报文段)中,一并发送给客户端,此时服务器进入SYN_RECV状态;
  第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。然后将Acknowledgment Number设置为y+1,向服务器发送ACK报文段,这个报文段发送完毕以后,客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态,完成TCP三次握手。

  完成了三次握手,客户端和服务器端就可以开始传送数据。

  确认号:其数值等于发送方的发送序号 +1(即接收方期望接收的下一个序列号)。

四次挥手(断开连接)

  由于TCP连接是全双工的,一个TCP连接存在双向的读写通道,因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动,一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方执行被动关闭。
  简单说来是 “先关读,后关写”,一共需要四个阶段。以客户机发起关闭连接为例:

1.服务器读通道关闭
2.客户机写通道关闭
3.客户机读通道关闭
4.服务器写通道关闭

  关闭行为是在发起方数据发送完毕之后,给对方发出一个FIN(finish)数据段。直到接收到对方发送的FIN,且对方收到了接收确认ACK之后,双方的数据通信完全结束,过程中每次接收都需要返回确认数据段ACK。
详细过程:
  第一阶段 客户机发送完数据之后,向服务器发送一个FIN数据段,序列号为i
  1.服务器收到FIN(i)后,返回确认段ACK,序列号为i+1,关闭服务器读通道;
  2.客户机收到ACK(i+1)后,关闭客户机写通道;
(此时,客户机仍能通过读通道读取服务器的数据,服务器仍能通过写通道写数据)
  第二阶段 服务器发送完数据之后,向客户机发送一个FIN数据段,序列号为j;
  3.客户机收到FIN(j)后,返回确认段ACK,序列号为j+1,关闭客户机读通道;
  4.服务器收到ACK(j+1)后,关闭服务器写通道。
  这是标准的TCP关闭两个阶段,服务器和客户机都可以发起关闭,完全对称。

为什么握手是三次

  那TCP为什么非要进行三次连接呢?在谢希仁的《计算机网络》中是这样说的:

为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端,因而产生错误。

  在书中同时举了一个例子,如下:

“已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下:client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失,而是在某个网络结点长时间的滞留了,以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后,就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段,同意建立连接。假设不采用“三次握手”,那么只要server发出确认,新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求,因此不会理睬server的确认,也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立,并一直等待client发来数据。这样,server的很多资源就白白浪费掉了。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况,client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认,就知道client并没有要求建立连接。

  这就很明白了,防止了服务器端的一直等待而浪费资源。

挥手为什么是四次

  那四次分手又是为何呢?TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议。TCP是全双工模式,这就意味着,当主机1发出FIN报文段时,只是表示主机1已经没有数据要发送了,主机1告诉主机2,它的数据已经全部发送完毕了;但是,这个时候主机1还是可以接受来自主机2的数据;当主机2返回ACK报文段时,表示它已经知道主机1没有数据发送了,但是主机2还是可以发送数据到主机1的;当主机2也发送了FIN报文段时,这个时候就表示主机2也没有数据要发送了,就会告诉主机1,我也没有数据要发送了,之后彼此就会愉快的中断这次TCP连接。如果要正确的理解四次分手的原理,就需要了解四次分手过程中的状态变化。
  

  • FIN_WAIT_1: 这个状态要好好解释一下,其实FIN_WAIT_1FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。而这两种状态的区别是:FIN_WAIT_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时,它想主动关闭连接,向对方发送了FIN报文,此时该SOCKET即进入到FIN_WAIT_1状态。而当对方回应ACK报文后,则进入到FIN_WAIT_2状态,当然在实际的正常情况下,无论对方何种情况下,都应该马上回应ACK报文,所以FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的,而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到。(主动方)
  • FIN_WAIT_2:上面已经详细解释了这种状态,实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET,表示半连接,也即有一方要求close连接,但另外还告诉对方,我暂时还有点数据需要传送给你(ACK信息),稍后再关闭连接。(主动方)
  • CLOSE_WAIT:这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢?当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己,你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对方,此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢,实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方,如果没有的话,那么你也就可以 close这个SOCKET,发送FIN报文给对方,也即关闭连接。所以你在CLOSE_WAIT状态下,需要完成的事情是等待你去关闭连接。(被动方)
  • LAST_ACK: 这个状态还是比较容易好理解的,它是被动关闭一方在发送FIN报文后,最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后,也即可以进入到CLOSED可用状态了。(被动方)
  • TIME_WAIT: 表示收到了对方的FIN报文,并发送出了ACK报文,就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。如果FINWAIT1状态下,收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时,可以直接进入到TIME_WAIT状态,而无须经过FIN_WAIT_2状态。(主动方)
  • CLOSED: 表示连接中断。
发布了116 篇原创文章 · 获赞 132 · 访问量 45万+
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