TCP三次握手和四次挥手
2018-08-18 08:33:12

TCP连接的建立(三次握手)

  1. TCP服务器进程先创建传输控制块TCB,时刻准备接受客户进程的连接请求,此时服务器就进入了LISTEN(监听)状态;
  2. TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB,然后向服务器发出连接请求报文,这是报文首部中的同部位SYN=1,同时选择一个初始序列号 seq=x ,此时,TCP客户端进程进入了 SYN-SENT(同步已发送状态)状态。TCP规定,SYN报文段(SYN=1的报文段)不能携带数据,但需要消耗掉一个序号。
  3. TCP服务器收到请求报文后,如果同意连接,则发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1,SYN=1,确认号是ack=x+1,同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y,此时,TCP服务器进程进入了SYN-RCVD(同步收到)状态。这个报文也不能携带数据,但是同样要消耗一个序号。
  4. TCP客户进程收到确认后,还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1,ack=y+1,自己的序列号seq=x+1,此时,TCP连接建立,客户端进入ESTABLISHED(已建立连接)状态。TCP规定,ACK报文段可以携带数据,但是如果不携带数据则不消耗序号。
  5. 当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态,此后双方就可以开始通信了。
为什么需要客户端最后一次发送

防止已经失效的连接请求报文突然又传送到了服务器,从而产生错误

三次握手的目的是“为了防止已经失效的连接请求报文段突然又传到服务端,因而产生错误”,这种情况是:client端发出了一个连接请求报文,而是因为某些未知的原因在某个网络节点上发生延迟、滞留,导致延迟到连接释放以后的某个时间才到达server端。本来这是一个早已失效的报文段,但是server收到此失效的报文之后,会误认为是client再次发出的一个新的连接请求,于是server端就向client又发出确认报文,表示同意建立连接。如果不采用“三次握手”,那么只要server端发出确认报文就会认为新的连接已经建立了,但是client端此时并没有发出建立连接的请求,因此不会去向server端发送数据,server端没有收到数据就会一直等待,产生死锁现象,这样server端就会白白浪费掉很多资源。如果采用“三次握手”的话就不会出现这种情况,client端首先发出连接请求并进入等待状态,server接收连接请求后同意建立连接,并向client返回报文段表示已经建立连接server进入SYN_RECV状态,client接收到server发出的确认信息后自己再发出确认信息,然后就可以建立直接通信。所以说只有三次握手在逻辑上才是最合适的,可以保障可靠性

TCP连接的释放(四次挥手)

  1. 客户端进程发出连接释放报文,并且停止发送数据。释放数据报文首部,FIN=1,其序列号为seq=u(等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1),此时,客户端进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态。 TCP规定,FIN报文段即使不携带数据,也要消耗一个序号。
  2. 服务器收到连接释放报文,发出确认报文,ACK=1,ack=u+1,并且带上自己的序列号seq=v,此时,服务端就进入了CLOSE-WAIT(关闭等待)状态。TCP服务器通知高层的应用进程,客户端向服务器的方向就释放了,这时候处于半关闭状态,即客户端已经没有数据要发送了,但是服务器若发送数据,客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间,也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
  3. 客户端收到服务器的确认请求后,此时,客户端就进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态,等待服务器发送连接释放报文(在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据)。
  4. 服务器将最后的数据发送完毕后,就向客户端发送连接释放报文,FIN=1,ack=u+1,由于在半关闭状态,服务器很可能又发送了一些数据,假定此时的序列号为seq=w,此时,服务器就进入了LAST-ACK(最后确认)状态,等待客户端的确认。
  5. 客户端收到服务器的连接释放报文后,必须发出确认,ACK=1,ack=w+1,而自己的序列号是seq=u+1,此时,客户端就进入了TIME-WAIT(时间等待)状态。注意此时TCP连接还没有释放,必须经过2∗∗MSL(最长报文段寿命)的时间后,当客户端撤销相应的TCB后,才进入CLOSED状态。
  6. 服务器只要收到了客户端发出的确认,立即进入CLOSED状态。同样,撤销TCB后,就结束了这次的TCP连接。可以看到,服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。
为什么客户端最后发送ACK后还要等待2MSL

MSL(Maximum Segment Lifetime),TCP允许不同的实现可以设置不同的MSL值。

保证客户端发送的最后一个ACK报文能够到达服务器,因为这个ACK报文可能丢失,服务器会在发送ACK+FIN报文后,应该接受到客户端的ACK应答,如果ACK报文在传输过程中丢失,那么服务端会重新发送一次ACK+FIN,而客户端就能在这个2MSL时间段内收到这个重传的报文,接着给出回应报文,并且会重启2MSL计时器

为什么建立连接是三次握手,而释放连接需要四次挥手呢
  • 建立连接的时候, 服务器在LISTEN状态下,收到建立连接请求的SYN报文后,把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。
  • 而关闭连接时,服务器收到对方的FIN报文时,仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据,而自己也未必全部数据都发送给对方了,所以己方可以立即关闭,也可以发送一些数据给对方后,再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接,因此,己方ACK和FIN一般都会分开发送,从而导致多了一次。