TCP/IP 三次握手四次挥手

答:(1)握手

1. 第一次握手:主机A发送握手信号syn=1和seq=x(随机产生的序列号)的数据包到服务器,主机B由SYN=1知道,A要求建立联机;

2. 第二次握手:主机B收到请求后要确认联机信息,向A发送syn=1,ack=x(x是主机A的Seq)+1,以及随机产生的确认端序列号seq=y的包;

3. 第三次握手:主机A收到后检查ack是否正确(ack=x+1),即第一次发送的seq+1,若正确,主机A会再发送ack=y+1,以及随机序列号seq=z,主机B收到后确认ack值则连接建立成功;

完成三次握手,主机A与主机B开始传送数据。 

注:上述步骤中,第二和第三次确认包中都还包含一个标志位未予以说明,该标志位为1表示正常应答;

具体可见图片:

为什么需要“三次握手”?

  “三次握手”的目的是“为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端,因而产生错误”。具体例如:client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失,而是在某个网络结点长时间的滞留了,以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后,就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段,同意建立连接。假设不采用“三次握手”,那么只要server发出确认,新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求,因此不会理睬server的确认,也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立,并一直等待client发来数据。这样,server的很多资源就白白浪费掉了。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况,client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认,就知道client并没有要求建立连接。主要目的防止server端一直等待,浪费资源。

(2)挥手

  由于TCP连接是全双工的,因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动,一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方执行被动关闭。
  (1) TCP客户端发送一个FIN,用来关闭客户到服务器的数据传送(报文段4);
  (2) 服务器收到这个FIN,发回一个ACK,确认序号为收到的序号加1(报文段5)。和SYN一样,一个FIN将占用一个序号;
  (3) 服务器关闭客户端的连接后,再发送一个FIN给客户端(报文段6);
  (4) 客户段收到服务端的FIN后,发回ACK报文确认,并将确认序号设置为收到序号加1(报文段7);

注意:TCP连接的任何一方都可以发起挥手操作,上述步骤只是两种之一;

具体过程见图:

为什么是“四次挥手”?
  因为当收到对方的FIN报文通知时,它仅仅表示对方没有数据发送给你了;但未必你所有的数据都全部发送给对方了,所以你可能还需要发送一些数据给对方,再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了,故这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的,也就造成了4次挥手。

为什么需要TIME_WAIT?

TIMEWAIT状态也称为2MSL等待状态

 1)为实现TCP这种全双工(full-duplex)连接的可靠释放

这样可让TCP再次发送最后的ACK以防这个ACK丢失(另一端超时并重发最后的FIN)。这种2MSL等待的另一个结果是这个TCP连接在2MSL等待期间,定义这个连接的插口(客户的IP地址和端口号,服务器的IP地址和端口号)不能再被使用。这个连接只能在2MSL结束后才能再被使用。

2)为使旧的数据包在网络因过期而消失

每个具体TCP实现必须选择一个报文段最大生存时间MSL(Maximum Segment Lifetime)。它是任何报文段被丢弃前在网络内的最长时间。

握手,挥手过程中各状态介绍
(1)3次握手过程状态:
  1. LISTEN: 这个也是非常容易理解的一个状态,表示服务器端的某个SOCKET处于监听状态,可以接受连接了。

  2. SYN_SENT: 当客户端SOCKET执行CONNECT连接时,它首先发送SYN报文,因此也随即它会进入到了SYN_SENT状态,并等待服务端的发送三次握手中的第2个报文。SYN_SENT状态表示客户端已发送SYN报文。(发送端)

  3. SYN_RCVD: 这个状态与SYN_SENT遥想呼应这个状态表示接受到了SYN报文,在正常情况下,这个状态是服务器端的SOCKET在建立TCP连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态,很短暂,基本上用netstat你是很难看到这种状态的,除非你特意写了一个客户端测试程序,故意将三次TCP握手过程中最后一个ACK报文不予发送。因此这种状态时,当收到客户端的ACK报文后,它会进入到ESTABLISHED状态。(服务器端)

  4. ESTABLISHED:这个容易理解了,表示连接已经建立了。

(2)4次挥手过程状态:
  1. FIN_WAIT_1: 这个状态要好好解释一下,其实FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。而这两种状态的区别是:FIN_WAIT_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时,它想主动关闭连接,向对方发送了FIN报文,此时该SOCKET即进入到FIN_WAIT_1状态。而当对方回应ACK报文后,则进入到FIN_WAIT_2状态,当然在实际的正常情况下,无论对方何种情况下,都应该马上回应ACK报文,所以FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的,而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到。(主动方)

  2. FIN_WAIT_2:上面已经详细解释了这种状态,实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET,表示半连接,也即有一方要求close连接,但另外还告诉对方,我暂时还有点数据需要传送给你(ACK信息),稍后再关闭连接。(主动方)

  3. TIME_WAIT: 表示收到了对方的FIN报文,并发送出了ACK报文,就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。如果FIN_WAIT_1状态下,收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时,可以直接进入到TIME_WAIT状态,而无须经过FIN_WAIT_2状态。(主动方)

  4. CLOSING(比较少见): 这种状态比较特殊,实际情况中应该是很少见,属于一种比较罕见的例外状态。正常情况下,当你发送FIN报文后,按理来说是应该先收到(或同时收到)对方的ACK报文,再收到对方的FIN报文。但是CLOSING状态表示你发送FIN报文后,并没有收到对方的ACK报文,反而却也收到了对方的FIN报文。什么情况下会出现此种情况呢?其实细想一下,也不难得出结论:那就是如果双方几乎在同时close一个SOCKET的话,那么就出现了双方同时发送FIN报文的情况,也即会出现CLOSING状态,表示双方都正在关闭SOCKET连接。

  5. CLOSE_WAIT: 这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢?当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己,你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对方,此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢,实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方,如果没有的话,那么你也就可以close这个SOCKET,发送FIN报文给对方,也即关闭连接。所以你在CLOSE_WAIT状态下,需要完成的事情是等待你去关闭连接。(被动方)

  6. LAST_ACK: 这个状态还是比较容易好理解的,它是被动关闭一方在发送FIN报文后,最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后,也即可以进入到CLOSED可用状态了。(被动方)

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