TCP三次握手及四次挥手分析

本文目的:熟悉TCP三次握手及四次挥手的整体过程及一些设计思想

TCP建立连接需要进行三次握手;断开连接需要四次挥手,下面说说握手及挥手的过程

整个过程如下:



三次握手

1、TCP连接建立------ 三次握手

建立连接举个简单的例子,方便理解:
A : 你好我是A,你听得到我在说话吗?
B : 听到了,我是B,你听到我在说话吗?
A : 嗯,听到了,开始说吧。
连接建立,开始聊天!


最初两端的TCP进程都处于CLOSED关闭状态,A先建立传输控制块TCB打开连接,B被动打开连接,LISTEN(监听)状态

第一次握手:客户端向服务端发出连接请求报文段(同步位SYN=1,初始序号seq=x),并进入SYN_SEND状态等待服务端确认,服务端由SYN=1知道客户端要建立连接

第二次握手:服务端接收到SYN包,如果同意连接,必须确认客户端SYN(ack=x+1),同时自己也发送一个SYN包(SYN=1,ACK=1,初始序列号seq=y),及SYN+ACK包,同时服务端进入SYN_RECV状态

第三次握手:客户端收到服务端SYN+ACK包,检查ack是否正确,正确向服务端发送确认包ACK(ACK=1,seq=x+1,ack=y+1),此包发送完毕,客户端和服务端进入ESTABLISHED状态,完成三次握手。


为什么不两次握手,而要三次握手呢?

主要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

    如果使用的是两次握手建立连接,假设有这样一种场景,客户端发送了第一个请求连接并且没有丢失,只是因为在网络结点中滞留的时间太长了,由于TCP的客户端迟迟没有收到确认报文,以为服务器没有收到,此时重新向服务器发送这条报文,此后客户端和服务器经过两次握手完成连接,传输数据,然后关闭连接。此时此前滞留的那一次请求连接,网络通畅了到达了服务器,这个报文本该是失效的,但是,两次握手的机制将会让客户端和服务器再次建立连接,这将导致不必要的错误和资源的浪费。

    如果采用的是三次握手,就算是那一次失效的报文传送过来了,服务端接受到了那条失效报文并且回复了确认报文,但是客户端不会再次发出确认。由于服务器收不到确认,就知道客户端并没有请求连接。



四次挥手



建立连接举个简单的例子,方便理解:

A:“喂,我不说了。”A->FIN_WAIT1

B:“我知道了。等下,上一句还没说完。Balabala…..”B->CLOSE_WAIT | A->FIN_WAIT2

B:”好了,说完了,我也不说了。”B->LAST_ACK

A:”我知道了。”A->TIME_WAIT | B->CLOSED

A等待2MSL,保证B收到了消息,否则重说一次”我知道了”,A->CLOSED




四次挥手过程:

1、客户端发出连接释放报文,并且停止发送数据。FIN=1,序列号seq=u(前面已经传过来的数据的最后一个字节的序号+1),此时,客户端进入FIN-WAIT1状态。

2、服务端接收到释放报文,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状态,如果此时服务端要发送数据,客户端依然要接收,所以这个状态需要持续一段时间,也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间;客户端接收到服务端的确认请求后,此时,客户端进入FIN-WAIT2状态,等到服务端发送连接释放报文(在这之前还需要接收服务端发送的最后的数据)

3、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。

4、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。
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。


为什么建立连接是三次握手,关闭连接确是四次挥手呢?
        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。


为什么客户端最后还要等待2MSL?

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

        第一,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,站在服务器的角度看来,我已经发送了FIN+ACK报文请求断开了,客户端还没有给我回应,应该是我发送的请求断开报文它没有收到,于是服务器又会重新发送一次,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。
        第二,防止类似与“三次握手”中提到了的“已经失效的连接请求报文段”出现在本连接中。客户端发送完最后一个确认报文后,在这个2MSL时间中,就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样新的连接中不会出现旧连接的请求报文。

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