TCP三次握手和四次挥手过程原理及扩展(一)

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先上图:

 三次握手过程状态:

         LISTEN:表示服务器端的某个SOCKET处于监听状态,可以接受连接了。

        SYN_SENT:当客户端SOCKET执行CONNECT连接时,它首先发送SYN报文,因此也随即它会进入SYN_SENT状态,并等待,服务端发送三次握手的第2个报文。SYN_SENT状态表示客户端已发送SYN报文。

       SYN_RCVD:这个状态表示接收到了SYN报文,在正常情况下,这个状态是服务器端的SOCKET在建立TCP连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态,很短暂。

      ESTABLISHED:表示连接已经建立了。

四次挥手过程状态:

     FIN_WAIT_1:其实FIN_WAIT_1和FIN_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,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状态还有时可以用netstat看到(主动方持有的状态)。

    FIN_WAIT_2:上面已经提到过了,实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET,表示半连接,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递给你(ACK信息),稍后再关闭连接(主动方的状态)

    TIME_WAIT:表示收到了对方的FIN报文,并发出了ACK报文,就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。如果FIN_WAIT_1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,而无需经过FIN_WAIT_2状态(主动方的状态)。

    CLOSING(比较少见):表示双方同时关闭连接。如果双方几乎同时调用close函数,那么会出现双方同时发生FIN报文的情况,就会出现CLOSING状态,表示双方都在关闭连接。这种状态比较特殊。正常情况下,当你发生FIN报文后,是应该先收到(或同时收到)对方的ACK报文,再收到对方的FIN报文。但是CLOSING状态表示你发生FIN报文后,并没有收到对方的ACK报文,反而收到了对方的FIN报文。什么情况下会出现这种情况呢?那就是:如果双方几乎在同时close一个SOCKET的话,那么就出现了双方同时发生FIN报文的情况,也即出现CLOSING状态,表示双方都在关闭SOCKET连接。

    COLSING_WAIT:这种状态的含义其实是表示在等待关闭。当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己,你系统将毫无疑问发送一个ACK报文给对方,此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来,实际上你真正需要考虑的事情是查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,所以在CLOSE_WAIT状态下,需要完成的事情就是等待区关闭连接(被动方的状态)。

    LAST_ACK:这个状态就比较好理解了,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(被动方的状态)

    CLOSED:表示连接中断。

      首先Client端发送连接请求报文,Server端接受连接后回复ACK报文,并为这次连接分配资源。Client端接收到ACK报文也向Server段Server端发送ACK报文,并分配资源,这样TCP连接就建立了。

      ACK:TCP报头的控制位之一,对数据进行确认,确认由目的端发出,用它来告诉发送端这个序列号之前的数据段都收到了。比如,确认号为X,则表示前X-1个数据段都收到了,只有当ACK=1时,确认号才有效。当ACK=0时,确认号无效,这时会要求重新传数据,保证数据的完整性。

    SYN:同步序列号,TCP建立连接时将这个位置1.

    FIN:发送端完成发送任务位,当TCP完成数据传输需要断开时,提出断开连接的一方将这个位置1。

【注意】中断连接端可以是Client端,也可以是Server端。

              假设Client端发起中断连接请求,也就是发送FIN报文。Server端接收到FIN报文后,意思是说“我Client端没有数据要发给你了”,但是如果你还有数据没有发送完成,则不必急着关闭Socket,可以继续发送数据。所以你先发送ACK,“告诉Client端,你的请求我收到了,但我还没有准备好,请继续等我的消息”。这个时候Client端就进入FIN_WAIT状态,继续等待Server端的FIN报文。当Server端确认数据已发送完成,则向Client端发送FIN报文,“告诉Client端,好了,我这边数据发送完成了,准备好关闭连接了”。Client接收到FIN报文后,“就知道可以关闭连接了,但是他还是不相信网络,怕Server端不知道要关闭,所以发送ACK后进入TIME_WAIT状态,如果Server没有收到ACK则可以重传”,Server端收到ACK后,就知道可以断开连接了。Client端等待了2MSL后依旧没有收到回复,说明Server端已正常关闭,这时Client端也可以关闭连接了,这样,TCP连接就关闭了。

整个过程Client端所经历的状态如下:

 Server端所经历的过程如下:

【1】为什么收到Server端的确认之后,Client端还需要进行第三次“握手”呢?

         采用三次握手是为了防止失效的连接请求报文段突然又传到主机B,因而产生错误。

        已失效的连接请求报文段的产生场景:Client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失,而是在某个网络节点长时间的滞留了(因为网络并发量很大在某节点被阻塞了),以导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端发出确认,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,因此也 不会理睬server的确认,也不会向server发送数据。但server以为新的传输连接已经建立,并一直等待client发送数据。这样,server的很多资源就浪费掉了。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。主要目的是防止server端一直等待,浪费资源。

【2】为什么要四次挥手?

      确保数据能够完成传输、、

     当连接关闭时,当收到对方的FIN报文通知时,它仅仅表示对方没有数据发送给你了;但未必你所有的数据都全部发送给对方了,所以你可以未必会马上关闭SOCKET,即你可能还需要发送一些数据给对方之后,再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了,所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

    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报文段后,只是代表主机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2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。

【3】建立连接的第二个syn作用是什么?

        因为客户端发送的syn可能过了好久才到达服务端,而此时客户端超时重传的SYN已经到达服务端,那么后来的SYN就是无效的,如果不发第二个SYN查询客户端是否有效的话,服务端就会监听这个延迟到达的情趣,造成资源的浪费,所以可以强制发送一个SYN询问客户端之前的请求是否有效

【4】当关闭连接时最后一个SCK丢失怎么办?

         如果最后一个ACK丢失的话,TCP就会认为它的FIN丢失,进行重发FIN。在客户端收到FIN后,就会设置一个2MSL计时器,2MSL计时器可以使客户端等待足够长的时间,使得在ACK丢失的情况下,可以等到下一个FIN的到来。如果在TIME_WAIT状态汇总有一个新的FIN到达了,客户端就会发送一个新的ACK,并重新设置2MSL计时器。

       如果重传FIN到达客户端时,客户端已经进入到CLOSED状态时,那么客户端就永远收不到这个重传的FIN报文段,服务器收不到ACK,服务器无法关闭连接。

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