TCP的三次握手与四次挥手

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简介: TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议,在发送数据前,通信双方必须在彼此间建立一条连接。所谓的“连接”,其实是客户端和服务端保存的一份关于对方的信息,如ip地址、端口号等。TCP可以看成是一种字节流,它会处理IP层或以下的层的丢包、重复以及错误问题。在连接的建立过程中,双方需要交换一些连接的参数。这些参数可以放在TCP头部。一个TCP连接由一个4元组构成,分别是两个IP地址和两个端口号。一个TCP连接通常分为三个阶段:连接、数据传输、退出(关闭)。通过三次握手建立一个链接,通过四次挥手来关闭一个连接。当一个连接被建立或被终止时,交换的报文段只包含TCP头部,而没有数据。

写在前面

TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议,在发送数据前,通信双方必须在彼此间建立一条连接。所谓的“连接”,其实是客户端和服务端保存的一份关于对方的信息,如ip地址、端口号等。TCP可以看成是一种字节流,它会处理IP层或以下的层的丢包、重复以及错误问题。在连接的建立过程中,双方需要交换一些连接的参数。这些参数可以放在TCP头部。一个TCP连接由一个4元组构成,分别是两个IP地址和两个端口号。一个TCP连接通常分为三个阶段:连接、数据传输、退出(关闭)。通过三次握手建立一个链接,通过四次挥手来关闭一个连接。当一个连接被建立或被终止时,交换的报文段只包含TCP头部,而没有数据。

基础入门

TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)是面向连接的协议,也就是说,在收发数据前,必须和对方建立可靠的连接。一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来,其中的过程非常复杂,只简单的描述下这三次对话的简单过程。

1、TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议,数据在传输前要建立连接,传输完毕后还要断开连接。

2、客户端在收发数据前要使用 connect() 函数和服务器建立连接。建立连接的目的是保证IP地址、端口、物理链路等正确无误,为数据的传输开辟通道。

3、TCP建立连接时要传输三个数据包,俗称三次握手(Three-way Handshaking)

TCP报文的头部结构

在了解TCP连接之前先来了解一下TCP报文的头部结构。

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上图中有几个字段需要重点介绍下:

(1)序号:seq序号,占32位,用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流,发起方发送数据时对此进行标记。

(2)确认序号:ack序号,占32位,只有ACK标志位为1时,确认序号字段才有效,ack=seq+1。

(3)标志位:共6个,即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等,具体含义如下:

ACK:确认序号有效。

FIN:释放一个连接。

PSH:接收方应该尽快将这个报文交给应用层。

RST:重置连接。SYN:发起一个新连接。

URG:紧急指针(urgent pointer)有效。需要注意的是:不要将确认序号ack与标志位中的ACK搞混了。确认方ack=发起方seq+1,两端配对。

三次握手

先来看个总括图:

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第一次握手:Client将同步标志位SYN置为1(SYN为1就表示要建立连接,连接成功之后该位置会再次被置为0),请求序号seq=x(在所有的字节排列中,申请从哪一个字节开始发送,这个序号就一般表示当前已经发送到哪个序号,服务器同意后将会从下一个序号开始发送,第一次握手只有请求序号没有确认号),并将该数据包发送给Server,Client进入SYN_SENT状态,等待Server确认。

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第二次握手:Server收到数据包后由同步标志位SYN=1知道Client请求建立连接,确认标志位ACK置为1(这会才有确认标志位,第一次握手并没有确认标志位。当确认标志位为0时,确认号不起作用),ack=x+1(确认序号等于请求序号+1,表示x+1之前的Server都收到了,从Server发送的请求已经收到)。TCP是全双工协议,因此Server有可能也会给Client发送数据,因此Server也会向Client建立连接,Server将同步标志位SYN置为1(Server也要向Client发送请求,因此SYN也要被置为1),seq=y就表示Server给Client发送的数据开始序号。并将该数据包发送给Client以确认连接请求,Server进入SYN_RCVD状态。

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第三次握手:因为连接要是双向的,Server确认后只是Client到Server连通了,因此Client也要确认一下,才能让Server向Client的连接也连通。Client和Server进入ESTABLISHED状态,完成三次握手,随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

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四次挥手

所谓四次挥手(Four-Way Wavehand)即终止TCP连接,就是指断开一个TCP连接时,需要客户端和服务端相互总共发送4个包以确认连接的断开。在socket编程中,这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发。

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由于TCP连接是全双工的,因此,每个方向都必须要单独进行关闭。这一原则是当一方完成数据发送任务后,发送一个FIN来终止这一方向的连接,收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了,即不会再收到数据了。但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据,直到另一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方则执行被动关闭,上图描述的即是如此。

第一次挥手:Client发送一个FIN,以及选择号seq=u(表示:u之前的数据已经全部发送,并且数据发到u就可以截止了,就不再有数据了),用来关闭Client到Server的数据传送。Client进入FIN_WAIT_1状态。

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第二次挥手:Server收到FIN后,发送一个请求号seq=v和确认序号ack=u+1给Client。Server进入CLOSE_WAIT状态。

第三次挥手:Server发送一个FIN,请求号为最新的seq=w和确认序号ack=u+1,用来关闭Server到Client的数据传送。Server进入LAST_ACK状态。

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第四次挥手:Client收到FIN后,Client进入TIME_WAIT状态,接着发送一个ACK给Server,确认序号为w+1。Server进入CLOSED状态,完成四次挥手。

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