TCP三次握手详解及释放连接过程

TCP在传输之前会进行三次沟通,一般称为“三次握手”,传完数据断开的时候要进行四次沟通,一般称为“四次挥手”。

两个序号和三个标志位:

(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 AC K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,及 URG、ACK、PSH、RST、SYNFIN 等,具体含义如下:

(A)URG:紧急指针(urgent pointer)有效。

(B)ACK:确认序号有效。

(C)PSH:接收方应尽快将这个报文交给应用层。

(D)RST:重置连接。

(E)SYN:发起一个新连接。

(F)FIN:释放一个连接。

需要注意的是:

(A)不要将确认序号 ack 与标志位中的 ACK 搞混了。

(B)确认方 ack = 发起方req + 1,两端配对。

在第一次消息发送中,A 随机选取一个序列号座位自己的初始序号发送给 B;

第二次消息 B 使用 ack 对 A 的数据包进行确认,因为已经收到了序列号为 x 的数据包,准备接收序列号为 x + 1 的包,所以 ack = x + 1,同时 B 告诉 A 自己的初始序列号,就是 seq = y;

第三条消息 A 告诉 B 收到了 B 的确认消息并准备建立连接,A 自己此条消息的序列号是 x + 1,所以 seq = x + 1,而 ack = y + 1 是标识 A 正准备接收 B 序列号为 y + 1 的数据包。

  为什么 A 还要发送一次确认呢?这主要是为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了 B ,因而产生错误。

  所谓“已失效的连接请求报文段”是这样产生的。

  考虑一种正常情况:A 发出连接请求,但因连接请求报文丢失而未收到确认。于是 A 再重传一次连接请求。后来收到了确认,建立了连接。数据传输完毕后,就释放了连接。A 共发送了两个连接请求报文,其中第一个丢失,第二个到达了 B。没有“已失效的连接请求报文段”。

  现假定出现一种异常情况:即 A 发出的第一个连接请求报文段并没有丢失,而是在某些网络结点长时间滞留了,以致延误到连接释放以后的某个时间才到达 B。本来这是一个早已失效的报文段。但 B 收到此失效的连接请求报文段后,就误认为是 A 又发出一次新的连接请求。于是就向 A 发出确认报文段,同意建立连接。假定不采用三次握手,那么只要 B 发出确认,新的连接就建立了。

  由于现在 A 并没有发出建立连接的请求,因此不会理睬 B 的确认,也不会向 B 发送数据。但 B 却以为新的运输连接已经建立了,并一直等待 A 来发数据。B的许多资源就这样白白浪费了。

  采用三次握手的办法可以防止上述现象的发生。例如在刚才的情况下,A 不会向 B 的确认发出确认。B 由于收不到确认,就知道 A 并没有要求建立连接。

四次挥手:

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,直到这一方向也发送了 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。

(1)第一次挥手:Client 发送一个 FIN,用来关闭 Client 到 Server 的数据传送,Client 进入 FIN_WAIT_1 状态。

(2)第二次挥手:Server 收到 FIN 后,发送一个 ACK 给 Client,确认序号为收到序号 + 1(与 SYN 相同,一个 FIN 占用一个序号),Server进入 CLOSE_WAIT状态。

(3)第三次挥手:Server 发送一个 FIN,用来关闭 Server 到 Client 的数据传送,Server 进入 LAST_ACK 状态。

(4)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,确认序号为收到序号 + 1,Server进入 CLOSE状态,完成四次挥手。

为什么建立连接是三次握手,而关闭连接却是四次挥手呢?

  这是因为服务端在 LISTEN 状态下,收到建立连接请求的 SYN 报文后,把 ACK 和 SYN 放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时,收到对方的 FIN报文时,仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据,己方也未必全部数据都发送给对方了,所以己方可以立即 close,也可以发送一些数据给对方后,再发送 FIN 报文给对方来表示同意现在关闭连接。因此,己方 ACK 和 FIN 一般都会分开发送。

为什么 TIME_WAIT 状态需要经过 2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到 CLOSE 状态?

不应该是未了防止 B 发送的 FIN = 1的包的丢失,因为如果 A 没有收到来自 B 的释放请求连接,是不会进入 TIME_WAIT 状态的。

所以正确的解释是:A 发送的确认释放连接信息 B 没有收到,这时候 B 会再发送一个 FIN = 1的释放连接请求,而这个时候 A 还处于 TIME_WAIT,所以可以再次发送确认信息。

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