TCP三次握手 和四次挥手

1 .TCP三次握手（重点）

1.1         TCP报文字段详细说明

1.     【源端口】 ---字段说明（占用16bit，即2个字节），表示网络访问来源处的端口号，即指定了发送端的端口。

2.     【目的端口】---字段说明（占用16bit，即2个字节）：表示网络访问目的处的端口号，即指定了接受段的端口号。

说明：由上面可以看出，源端口和目标端口都是占用了16bit/2字节，因此也可以通过计算得知源目标端口范围是2的16次方=65536。

3.     【序列号】---字段说明(占用32bit，即4字节)：每一个TCP报文段都会有一个序号，序号字段的值其实是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。这是因为TCP是面向连接的可靠服务，其每一个字节都会对应一个序号，通过序号来确保服务的可靠性和有序性。标识数据包传输的顺序，便于数据包拆分后，进行重新组装。

4.     【确认号】---字段说明（占用32bit,即4字节），确认号是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。简单理解就是发送端发送一个seq序列号x,接收端需要回复一个确认号x+1；并发送一个序列号Y，发送端接收一个seq序列号Y，接收端需要回复一个确认号y+1。

5.     【数据偏移】---字段说明（占用4bit）:其实他本质上就是“首部长度”，因为“数据偏移”是指TCP报文段的数据部分的起始处距离TCP报文段的起始处的距离，数据偏移总共占用4bit，因此最大能表示的数值为15，而数据偏移的单位是“4字节”。

置位概念：根据TCP的包头字段，存在三个重要的标识ACK SYN FIN

• ACK:位数字为1，表示确认收到发送请求，表示确认位。

• SYN :位数字为1，表达式建立TCP连接。

• FIN:数字为1，表示断开TCP连接。

•          TCP三次握手建立过程简单说明：

1)       由主机A发送建立TCP连接的请求报文，其中报文中包含seq序列号，是由发送端随机生成的，并且还将报文中SYN字段置位1，表示需要建立TCP连接请求。

2)       主机B会回复A 发送的TCP连接请求报文，其中包含seq序列号，也是由回复段随机生成的，并且将回复报文的SYN字段置1，而且会产生ACK验证字段，ack验证字段数值是在A发过来的seq序列号基础上加1进行回复；并且还会回复ack确认控制字段，以便A收到信息时，知晓自己的TCP建立请求已得到确认。

3)       A端收到B端发送的TCP建立请求后，会使自己的原有序列号加1进行再次发送序列号，并且再次回复ACK验证请求，在B段发送过来的seq基础上加1进行回复；同时也会回复ack确认控制字段以便B收到信息时，知晓自己的TCP建立请求已经得到了确认。

1.3         TCP三次握手状态转换说明：

• 首先，建立连接之前的服务器和客户端的状态都为CLOSED。

• 服务器创建socket后开始监听，变为LISTEN状态。

• 客户端请求建立连接，向服务器发送SYN报文，客户端的状态变为SYN_SENT。

• 服务端收到客户端的报文后向客户端发送ACK和SYN报文，此时服务器的状态变为SYN_RCVD。

• 然后，客户端收到ACK,SYN，就向服务器发送ACK，客户端状态变为ESTABLISHED。

• 服务器收到客户端的ACK后也变为ESTABLISHED。

此时3次握手完成，连接建立。

2 TCP四次挥手过程（重点记忆）

2.1         TCP四次挥手状态转换简单说明：

由于tcp连接时全双工的，断开连接会比建立连接麻烦点。

• 客户端先向服务器发送FIN报文，请求断开连接，其状态变为FIN_WAIT1。

• 服务端收到FIN后向客户端发送ACK，服务器状态变为CLOSE_AWIT。

• 客户端收到ACK后就进入FIN_WAIT2的状态，此时连接已经断开了一半，如果服务器还有数据要发送给客户端，就会继续发送。

• 直到发送完了，就发送FIN报文，此时服务器就进入LAST_ACK状态。

• 客户端收到服务器的FIN后，马上发送ACK给服务器，此时客户端进入TIME_WAIT状态，再过了2MSL时间后进入CLOSED状态，服务器收到客户端的ACK就进入CLOSED状态。

 1. 2MSL介绍

     主动关闭的Socket端会进入TIME_WAIT状态，并且持续2MSL时间长度，MSL就是maximum segment lifetime

      (最大分节生命期），这是一个IP数据包能在互联网上生存的最长时间，超过这个时间将在网络中消失。

      MSL在RFC 1122上建议是2分钟，而源自berkeley的TCP实现传统上使用30秒，因而，TIME_WAIT状态一般维持在1-4分钟。

 2. time_wait状态作用说明

      TIME_WAIT状态存在的理由：

    1）可靠地实现TCP全双工连接的终止

在进行关闭连接四路握手协议时，最后的ACK是由主动关闭端发出的，如果这个最终的ACK丢失，服务器将重发最终的FIN。

因此客户端必须维护状态信息允许它重发最终的ACK。如果不维持这个状态信息，那么客户端将响应RST分节，服务器将此分节解释成一个错误（在java中会抛出connectionreset的SocketException)。

因而，要实现TCP全双工连接的正常终止，必须处理终止序列四个分节中任何一个分节的丢失情况，主动关闭的客户端必须维持状态信息进入TIME_WAIT状态。

  2）允许老的重复分节在网络中消逝

TCP分节可能由于路由器异常而“迷途”，在迷途期间，TCP发送端可能因确认超时而重发这个分节，迷途的分节在路由器修复后 也会被送到最终目的地，这个原来的迷途分节就称为lost duplicate。

 在关闭一个TCP连接后，马上又重新建立起一个相同的IP地址和端口之间的TCP连接，后一个连接被称为前一个连接的化身  （incarnation)，那么有可能出现这种情况，前一个连接的迷途重复分组在前一个连接终止后出现，从而被误解成从属于新的化身。

为了避免这个情况，TCP不允许处于TIME_WAIT状态的连接启动一个新的化身，因为TIME_WAIT状态持续2MSL，就可以保证当成功建立一个TCP连接的时候，来自连接先前化身的重复分组已经在网络中消逝。

图1-1 TCP11种状态集转换图