TCP/IP基礎概念詳解（面向連接部分）

傳輸層的TCP協議中，我們被問到便會想起一句經典的話“TCP/IP協議是面向連接的，傳輸數據可靠的，面向字節流的”，話說起來容易，但是其中細究其原理，還是很複雜的
面向連接：
在TCP網絡通信模型中，客戶端和服務器之間的進程交互是面向連接的——面向連接就意味着必須確認雙方的連接是可靠的，如何確認雙方的連接是可靠的，以及斷開連接倆端是如何進行的，這裏我們引入了“三次握手，四次揮手”的總結思想
對於TCP來說，
1.服務器首先創建一個監聽socket即Listen_socket,來獲取來自客戶端的通信請求
2.客戶端向服務器發生一個通信請求，請求完成後創立通信socket，此時要與客戶端的socket建立連接
3，客戶端向服務器端發送請求標誌位“SYN= 1”的請求數據，自己進入SYN_SENT狀態，表示等待服務器端回覆的ACK；
這裏插入一下TCP傳輸過程中數據協議的形式：
（1）16位源端端口和16位對端端口：描述通信的倆端
（2）32位序號+32位確認序號：實現TCP傳輸的包序管理以及確認應答
（3）4位頭部長度：以4字節爲單位，表示TCP報頭最大長度爲60字節——最小是固定的20字節 ——》先取出20固定長度頭部，根據頭部中長度，取出剩餘長度選項數據，剩下的就是data
（4）6位保留位
（5）6位標誌位：
URG：緊急指針標誌
ACK：用於確認請求，確認標誌
PSH：用於提示儘快取出緩存區裏的數據
RST：當產生主機奔潰什麼的重大連接錯誤時，或者被拒絕連接時，重新發送的連接請求
SYN：請求包，用於連接socket的時候發送
FIN：finish包，用於表示自己進程不再接收數據
（6）窗口大小：用於實現滑動窗口機制，傳輸數據是控制流量，控制發送端的發送數據適應接收端的數據處理能力
（7）16位校驗和：校驗數據的一致性
（8）16位 緊急指針：“外帶數據”--這裏不討論，有興趣可以自己看一看
（9）0-40位字節選項數據：比如建立連接時會協商MSS
3.服務端收到SYN，本來只需要回覆一下ACK確認給客戶端，然後服務端在向客戶端發送SYN，等待客戶端ACK回覆，這裏過程是冗餘的，因爲對於服務端此時來說，連接過程是不需要考慮實際數據傳輸的（這裏與四次揮手——斷開連接有很大區別），所以可以將服務器端的ACK和SYN一起置1發送給客戶端，此時服務器端進入SYN-RECV狀態，表示等待客戶端的ACK回覆；
4.客戶度收到服務器端的回覆進入就緒狀態（ESTABLENED狀態），收到服務器端SYN，回覆ACK
5.服務器端收到ACK進入就緒狀態（ESTABLENED）
用圖片來表爲：

至此，便是一個完整的“三次握手”，三次握手保證了以客戶端爲主的連接請求與確認，也保證了以服務器爲主的連接請求與確認，體現了“面向連接”的思想，面向連接即保證雙方都有完整的連接過程
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6.此時連接已經創建好了，可以進行數據傳輸了
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7.如果在傳輸過程中，有某一端（這裏借用客戶端，實際情況倆端都有可能，叫做主動請求端）表示自己不在接收對端（這裏拿服務器端表示，表示被動接受端）的數據了，這時候就會向對端發送一個“FIN包“”，然後自己進入FIN_WAIT1狀態
8.對端（被動接受端）收到（主動請求端）的FIN，回覆ACK表示確認，注意：這裏並不代表主動請求端不再發送數據了，這裏影響到被動接收端不可以將FIN和ACK一起發送，此時主動請求端進入FIN_WAIT2狀態，被動接收端進入CLOSE_WAIT狀態
9.當被動接收端表示自己也不再發送數據了，向對端發送FIN，然後自己進入LAST_ACK狀態，表示等待最後的ACK應答，此時對端進入TIME_WAIT狀態
10.主動請求端收到對端的FIN，確認ACK發送給對端，對端收到ACK徹底斷開，進入CLOSE狀態
11.TIME_WAIT狀態持續一段時間（一般爲2MSS）後進入CLOSE狀態表示徹底關閉
用圖片來表示爲：

至此，便是一個完整的“四次揮手”，四次揮手同樣保證了雙方都完整的確立了結束的過程，體現了“面向連接”的思想
值得注意的是
：三次握手與四次揮手中，爲什麼會是“三次”和“四次”？
四次揮手過程中除了斷開連接外，需要考慮期間的數據傳輸，比較發送FIN包僅僅表示自己不再接收數據了，這與三次握手中單一的連接過程有區別，當然，實際使用情況下，若是一端不再接收時，這端也不再發送了，那麼對端也就沒有持續下去的意義了，也可以將FIN和ACK一起打包返回，變成“三次揮手”
，有時候會出現多個TIME_WAITE？
TIME_WAITE狀態存在於主動關閉方，表示對端多個socke發送FIN包，常常見於爬蟲軟件
， 有時候會出現多個CLOSE_WAITE？
CLOSE_WAITE出現在被動接收端，是收到了好多主動請求端的FIN包，出現的原因多是關閉的連接但是套接字依舊存在，沒有在關閉連接後及時的關閉套接字
， 爲什麼要有TIME_WAITE狀態？
用於預防最後一次ACK如果丟了，就會重傳FIN，但是這個時候倘若前一次FIN後立即釋放了，可能在相同地址下已經建立起新的socket，這種時候就會出現很大的問題，因此設置TIME_WAIT狀態，用於確保最後ACK傳輸成功，也就是正確處理到收到的FIN包，讓這個FIN包消失再網絡裏
下次將繼續分析可靠傳輸和麪向字節流，分析裏面的一些思想和機制，諸如滑動窗口機制，延遲迴復機制等等；
謝謝觀看，誠邀批評指正