趣解TCP三次握手四次挥手

通信基本流程

我们都知道TCP协议是面向连接的协议,可以保证数据不丢失,不重复,不乱序的到达接收方。

TCP的通信过程大概是下图所示。

  

上图为TCP整个完整的通信过程,首先经过三次握手建立连接(绿色部分),连接建立后可以正常通信(蓝色部分),通信完毕需要四次挥手断开连接(红色部分)。

三次握手

三次握手可以这么理解:

TCP客户端是男孩子,TCP服务器是女孩子,男孩子要追女孩子,首先要建立恋爱关系。需要一个建立恋爱关系的过程。

男孩:我们可以恋爱吗?(客户端请求服务器建立连接)

女孩:你想追我?想清楚了!(服务器要求客户端确认连接)

男孩:没错,你就是我的梦中情人!(客户端确认连接)

三次握手确立了TCP服务器和客户端的“恋爱关系”。为什么需要三次握手,两次握手不行吗?从通信角度看,对于客户端两次就够了,但对于服务器不够,因为,两次握手服务器仅仅知道客户端和服务器之间的信道是通的,但服务器和客户端之间还未知,所以需要收到客户端发来的确认消息双方才能确认双方的消息通路都是ok的。

四次挥手

对于连接的断开需要四次挥手,可以理解为男孩和女孩要分手,需要经过一番如下商量。

男孩:我们不合适,我们分手吧。(客户端已经没有数据可以传输)

女孩:什么?这么快就分手了,不能这么快完,我要给你算总账!(服务器这端还有未发送完的数据)

女孩给男孩算账中……(没有发送完的数据继续传输)

女孩:算好了,分手!(服务器这端数据传输完毕)

男孩:好的,我们从今后还是朋友……(等待Time_Wait时间到,恢复单身)

这里有个注意的点是,客户端在收到服务器发送的数据传输完毕的消息后(第三次挥手),不能立即关闭连接(恢复单身,寻找新欢),必须等待2MSL时间才能关闭,因为这期间最后一次挥手服务器未必能收到,如果没有收到,服务器会重新发送第三次挥手的消息,这时候如果客户端关闭,将无法回应第四次挥手消息,使得四次挥手过程无法完成。

具体描述

第一次握手:建立连接时,客户端发送syn包(syn=x)到服务器,并进入SYN_SENT状态,等待服务器确认;SYN:同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)。

第二次握手:服务器收到syn包,必须确认客户的SYN(ack=x+1),同时自己也发送一个SYN包(syn=y),即SYN+ACK包,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包,向服务器发送确认包ACK(ack=y+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED(TCP连接成功)状态,完成三次握手。
 

对上图四次挥手的描述

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。

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