TCP three-way handshake and four waving to understand and face questions

Reprinted: https://www.cnblogs.com/jainszhang/p/10641728.html

In the three-way handshake before understanding and waved four times, first understand TCP packet What's in:

1. IP source and destination TCP header IP source port number and destination port number of the IP datagram uniquely identify a TCP connection. TCP must establish a connection before sending data, is the need to save each other's information (such as: IP port).
2. The main meaning of the message segments:

No.	Data representing transmitted byte stream, TCP ensure orderly transmission, each byte number
Confirmation Number	The sender sequence number expected next column the received sequence of data bytes plus 1 after successful reception. ACK = 1 only if effective.
ACK	Confirmation flag sequence number, ACK = 1 to confirm the effective number, ACK = 0 indicating that the message does not contain information acknowledgment number.
SYN	Connection request flag number for establishing a connection, SYN = 1 indicates a request connection.
END	End flag indicating the release of the connection, the side close to 1 indicates that the data stream.

 

 

 

 

 

 

 

Three-way handshake, the client and server to establish a TCP connection to send a total of three packages:

1. First: the client sends an initial number x and syn = 1 request flag.
2. Second: the server sends a request flag syn, flag transmission acknowledgment ACK, sends its own sequence number seq = y, the client transmits the acknowledgment sequence number ack = x + 1.
3. Third: The client sends an ACK number of acknowledgment, sends its own sequence number seq = x + 1, transmitting an acknowledgment number ack = y + 1.

Three-way handshake process analysis:

1. Client sends a request to the server, the client sends the server knows that he normally received. syn = 1, seq = x ..
2. The server sends to the client, the client know that they transmit and receive, the server transmits and receives normal. ACK = 1, ack = x + 1, SYN = 1, seq = y.
3.  The client sends to the server: the client knows the server normally receives the transmission, transmission and reception their normal seq = x + 1, ACK = 1, ack = y + 1.

As can be seen from the above analysis, the two shook hands reach each other so that both sides have come to their own conclusions normal transmission and reception.

 

Four waving process:

1. The first wave: the client releases FIN = 1, their sequence number seq = u, enter FIN-WAIT-1 state.
2. 第二次挥手：服务器收到客户端的信号后，发出ACK=1确认标志和客户端的确认号ack=u+1，自己的序列号seq=v，进入CLOSE-WAIT状态。
3. 第三次挥手：客户端收到服务器确认的结果后，进入FIN-WAIT-2状态。此时服务器释放发送FIN=1的信号，确认标志ACK=1，确认序号ack=u+1，自己序号seq=w，服务器进入LAST-ACK状态(最后确认态)。
4. 第四次挥手：客户端收到回复后，发送确认ACK=1，ack=w+1，自己的seq=u+1，进入TIME-WAIT。客户端经过两个最长报文段寿命后，客户端CLOSE，服务器收到确认后立刻进入CLOSE状态。

四次挥手过程分析：

• 第一次：客户端请求断开FIN，seq=u
• 第二次：服务器确认客户端的断开请求ACK，ack=u+1，seq=v
• 第三次：服务器请求断开FIN，seq=w ACK ack=u+1
• 第四次：客户端确认服务器的断开ACK，ack=w+1，seq=u+1

面试问题：

为什么三次握手和四次挥手？

• 三次握手时，服务器同时把ACK和SYN一起发送到客户端那里；
• 四次挥手时，当收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不在发送数据，但还能接收数据，己方是否现在关闭发送数据通道，需要上层应用来决定，因此，己方FIN和ACK一般会分开来发送。

为什么客户端wait-time需要经过2MSL(最大报文生存时间)才能返回CLOSE状态?

• 客户端需要保证最后一次发送的ACK报文到服务器，如果服务器未收到，可以请求客户端重发，这样客户端还有时间再发送，重启2MSL计时。
• 虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态，但我们必须假设网络是不可靠的，有可能最后一个ACK丢失，所以WAIT-TIME是用来重新发送丢失的ACK报文的。在client发送最后的ACK回复，但该ACK有可能丢失。SERVER如果没有收到ACK，将会不断重复发送FIN片段。所以client不能立即关闭，它必须确认SERVER收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT。Client会在发送ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2msl的时间，如果在该时间内再次收到FIN，Client会重新发送ACK，并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maxium Segment LifeTime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果知道2MSL，Client没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被接收，则结束TCP连接。

为什么不能两次握手进行连接？

• 三次握手完成两个重要功能，既要做好双发发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也允许双方就序列号进行协商，这个序列号在握手的过程中被发送和确认。
• 把三次握手改成两次握手，是可能发送死锁的。ex：考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送了一个请求分组，S收到了这个分组，并发送确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经建立成功了，可以开始发送数据分组了，可是C在S应答分组在传输中被丢失的情况下，C将不知道S是否准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到了自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未成功，将忽略S发来的任何数据分组，只等待连接确认应答分组，而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组，这样就形成了死锁

如果已经建立了连接，客户端突然出现了故障怎么办？

• TCP还设计了一个保活计时器，显然，客户端如果出现了故障，服务器不能一直等待下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后，都会复位这个计时器，时间通常设置为2个小时，若两个小时还没收到客户端的任何数据，服务器会发送一个探测报文段，以后每隔75s发送一次，若一连发送10个没有响应，服务器就会认为客户端出现了故障，接着就会关闭连接。