TCP連接管理（三次握手/四次握手）基本知識

TCP連接管理

TCP狀態轉換圖中，共有11種狀態：

1. CLOSED：關閉狀態，沒有連接活動或正在進行
2. LISTEN：監聽狀態，服務器正在等待連接進入
3. SYN_RCVD：收到一個連接請求，尚未確認
4. SYN_SENT：已經發出連接請求，等待確認
5. ESTABLISHED：連接建立，正常數據傳輸狀態
6. FIN_WAIT 1：（主動關閉）已經發送關閉請求，等待確認
7. FIN_WAIT 2：（主動關閉）收到對方關閉確認，等待對方關閉請求
8. TIME_WAIT：完成雙向關閉，等待所有分組死掉
9. CLOSING：雙方同時嘗試關閉，等待對方確認
10. CLOSE_WAIT：（被動關閉）收到對方關閉請求，已經確認
11. LAST_ACK：（被動關閉）等待最後一個關閉確認，並等待所有分組死掉

TCP建立連接過程中需要解決的問題：

1. 要使每一方能夠確知對方的存在
2. 要允許雙方協商一些參數（如最大窗口值、是否使用窗口擴大選項等）
3. 能夠對運輸實體資源（如緩存大小、連接表中的項目等）進行分配

TCP連接的建立採用客戶服務器方式。主動發起連接建立的應用進程叫做客戶，而被動等待建立連接的應用進程叫做服務器

TCP連接的建立：

主機A爲TCP客戶程序，主機B爲TCP服務器程序

1. 首先，B的TCP服務器進程創建傳輸控制塊TCB。準備接受客戶進程的連接請求。然後服務器進程就處於LISTEN（收聽）狀態，等待客戶連接請求。如果有，即做出響應。
2. A的TCP客戶進程創建傳輸控制模塊TCB。然後，在打算建立TCP連接時，向B發出連接請求報文段，這時首部中的同步位SYN被置爲1，同時選擇一個初始序號client_isn。這個報文段不攜帶數據，但要消耗一個序號。這時，TCP客戶進程進入SYN-SENT（同步已發送）狀態。（第一次握手）
3. B收到連接請求報文段後，如果同意建立連接，則向A發送確認。在報文段中把SYN和ACK爲都置爲1，確認號爲client_isn+1，同時也爲自己選擇一個初始序號server_isn。這個報文段也不能攜帶數據，但同樣要消耗一個序號。這時TCP服務器進程進入SYN-RCVD（同步收到）狀態。（第二次握手）
4. TCP客戶收到B的確認後，還要向B給出確認。確認報文段ACK置1，確認號爲server_isn+1，序號爲client_isn+1.這時，TCP連接已經建立，A進入ESTABLISHED（已建立連接）狀態。（第三次握手）

爲什麼需要進行第三次握手？
這主要時爲了防止已經失效的連接請求報文段傳送到B而產生錯誤。加入A發送了一條連接請求，這條請求在網絡層滯留了很久纔到達B，這本來是一條早已失效的請求報文，但是B收到後，仍向A發送一個確認報文，同意建立連接。如果沒有第三次握手的過程，就建立了一條冗餘的連接。但是由於存在第三次握手，A告訴B這說一條失效的請求報文，因此這條冗餘的連接就不會建立。

TCP連接的釋放：

數據傳輸結束後，通信的雙方都可以釋放連接。此時A和B都處於ESTABLISHED狀態。

1. A把數據釋放報文段首部的終止控制符FIN置1.其序號爲seq，它等於前面已傳送過的數據的最後一個字節的序號加1.這時A進入FIN-WAIT-1（終止等待1）狀態，等待B的確認。注意，TCP規定，FIN報文段即使不攜帶數據，它也消耗一個序號。
   （第一次握手）
2. B收到連接釋放報文段後發送確認，確認號是seq+1，序號爲B前面已經傳送過的數據的最後一個字節的序號加1。然後B進入CLOSE-WAIT（關閉等待）狀態。TCP服務器進程這時通知高層進程，因而A到B這個方向的連接就釋放了，這時TCP連接處於半關閉狀態，即A已經沒有數據要發送了，但B發送數據，A仍要接收，也就是說，從B到A這個方向的連接並未關閉，這個狀態可能會持續一段時間。A收到來自B的確認後，就進入FIN-WAIT-2（終止等待2）狀態，等待B發出的連接釋放報文段（第二次握手）
3. 若B已經沒有要向A發送的數據，其應用進程就通知TCP釋放連接。這時B發出的連接釋放報文將FIN位置爲1.現假定B的需要爲w。B還必須重複上述已經發送過的確認號seq+1.這是B就進入LAST-ACK（最後確認）狀態，等待A的確認。（第三次握手）
4. A在收到B的連接釋放報文段後，必須對此發出確認。在確認報文段中把ACK置1，確認號w+1，而自己的序號是seq+1.然後進入到TIME-WAIT（時間等待）狀態。經過時間等待計時器設置的時間2MSL後，A才進入到CLOSED狀態。時間MSL叫做最長報文段壽命。等待一段時間後，A進入CLOSED狀態。當A撤銷響應的傳輸控制塊TCB後，就結束了這次TCP連接。B只要收到了A發出的確認，就進入CLOSED狀態。同樣，B在撤銷相應的控制傳輸快TCB後，就結束了這次TCP握手，這意味着B結束TCP連接的時間要比A更早一些。（第四次握手）
   

爲什麼A在TIME-WAIT狀態必須等待2MSL的時間？

1. 爲了保證A發送的最後一個ACK報文段能夠到達B。這個ACK報文段可能丟失，因而使處在LAST-ACK狀態的B收不到對已發送的FIN+ACK報文段的確認。
2. 防止已失效的連接請求報文段出現在本連接中。A在發送完最後一個ACK報文段後，再經過時間2MSL，就可以使本連接的時間內所產生的所有報文段都從網絡中消失，這樣就可以使下一個新的連接中不會出現這種舊的連接請求報文段。