TCP3次握手/4次揮手的過程分析

TCP連接建立

在TCP/IP協議中,TCP協議提供可靠的連接服務,採用三次握手建立一個連接。

服務器必須準備好接受外來的連接。這通過調用socket、 bind和listen函數來完成,稱爲被動打開(passive open)。

第一次握手:客戶通過調用connect進行主動打開(active open)。這引起客戶TCP發送一個SYN(表示同步)分節(SYN=J),它告訴服務器客戶將在連接中發送到數據的初始序列號。並進入SYN_SEND狀態,等待服務器的確認。

第二次握手:服務器必須確認客戶的SYN,同時自己也得發送一個SYN分節,它含有服務器將在同一連接中發送的數據的初始序列號。服務器以單個字節向客戶發送SYN和對客戶SYN的ACK(表示確認),此時服務器進入SYN_RECV狀態。

第三次握手:客戶收到服務器的SYN+ACK。向服務器發送確認分節,此分節發送完畢,客戶服務器進入ESTABLISHED狀態,完成三次握手。


圖1:TCP握手建立連接

客戶端的初始序列號爲J,而服務器的初始序列號爲K。在ACK裏的確認號爲發送這個ACK的一端所期待的下一個序列號。因爲SYN只佔一個字節的序列號空間,所以每一個SYN的ACK中的確認號都是相應的初始序列號加1,類似地,每一個FIN(表示結束)的ACK中的確認號爲FIN的序列號加1。

完成三次握手,客戶端與服務器開始傳送數據,在上述過程中還有一些重要概念。

未連接隊列:在三次握手協議中,服務器維護一個未連接隊列,該隊列爲每個客戶端的SYN包(syn=j)開設一個條目,該條目表明服務器已收到SYN包,並向客戶發出確認,正在等待客戶端確認包。這些條目所標識的連接在服務器處於SYN_RECV狀態,當服務器收到客戶端確認包時,刪除該條目,服務器進入ESTABLISHED狀態。

TCP連接終止

TCP連接終止需四個分節。


圖2:TCP揮手關閉連接

第一次握手:某個應用進程首先調用close,我們稱這一端執行主動關閉。這一端的TCP於是發送一個FIN分節,表示數據發送完畢。

第二次握手:接收到FIN的另一端執行被動關閉(passive close)。這個FIN由TCP確認。它的接收也作爲文件結束符傳遞給接收端應用進程(放在已排隊等候應用進程接收到任何其他數據之後)。

第三次握手:一段時間後,接收到文件結束符的應用進程將調用close關閉它的套接口。這導致它的TCP也發送一個FIN。

第四次握手:接收到這個FIN的原發送端TCP對它進行確認。

面向字節的數據傳送流(如TCP字節流、Unix管道等)也使用EOF表示在某個方向上不再有數據待傳送。在TCP字節流中,EOF的讀或寫通過收發一個特殊的FIN分節來實現。




另一種理解方式:

TCP(Transmission Control Protocol) 傳輸控制協議

TCP是主機對主機層的傳輸控制協議,提供可靠的連接服務,採用三次握手確認建立一個連接:

位碼即tcp標誌位,

有6種標示:

SYN(synchronous建立聯機)

ACK(acknowledgement 確認)

PSH(push傳送)

FIN(finish結束)

RST(reset重置)

URG(urgent緊急)

Sequence number(順序號碼)

Acknowledge number(確認號碼)

第一次握手:主機A發送位碼爲syn=1,隨機產生seq number=1234567的數據包到服務器,主機B由SYN=1知道,A要求建立聯機;

第二次握手:主機B收到請求後要確認聯機信息,向A發送ack number=(主機A的seq+1),syn=1,ack=1,隨機產生seq=7654321的包

第三次握手:主機A收到後檢查ack number是否正確,即第一次發送的seq number+1,以及位碼ack是否爲1,若正確,主機A會再發送ack number=(主機B的seq+1),ack=1,主機B收到後確認seq值與ack=1則連接建立成功。

完成三次握手,主機A與主機B開始傳送數據。


在TCP/IP協議中,TCP協議提供可靠的連接服務,採用三次握手建立一個連接。 
第一次握手:建立連接時,客戶端發送syn包(syn=j)到服務器,並進入SYN_SEND狀態,等待服務器確認;

第二次握手:服務器收到syn包,必須確認客戶的SYN(ack=j+1),同時自己也發送一個SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此時服務器 進入SYN_RECV狀態;

第三次握手:客戶端收到服務器的SYN+ACK包,向服務器發送確認包ACK(ack=k+1),此包發送完畢,客戶端和服務器進入 ESTABLISHED狀態,完成三次握手。 完成三次握手,客戶端與服務器開始傳送數據.

實例:

IP 192.168.1.116.3337 > 192.168.1.123.7788: S 3626544836:3626544836
IP 192.168.1.123.7788 > 192.168.1.116.3337: S 1739326486:1739326486 ack 3626544837
IP 192.168.1.116.3337 > 192.168.1.123.7788: ack 1739326487,ack 1

第一次握手:192.168.1.116發送位碼syn=1,隨機產生seq number=3626544836的數據包到192.168.1.123,192.168.1.123由SYN=1知道192.168.1.116要求建立聯機;

第二次握手:192.168.1.123收到請求後要確認聯機信息,向192.168.1.116發送ack number=3626544837,syn=1,ack=1,隨機產生seq=1739326486的包;

第三次握手:192.168.1.116收到後檢查ack number是否正確,即第一次發送的seq number+1,以及位碼ack是否爲1,若正確,192.168.1.116會再發送ack number=1739326487,ack=1,192.168.1.123收到後確認seq=seq+1,ack=1則連接建立成功。

 

一個完整的三次握手也就是 請求---應答---再次確認

四次分手:

由於TCP連接是全雙工的,因此每個方向都必須單獨進行關閉。這個原則是當一方完成它的數據發送任務後就能發送一個FIN來終止這個方向的連接。收到一個 FIN只意味着這一方向上沒有數據流動,一個TCP連接在收到一個FIN後仍能發送數據。首先進行關閉的一方將執行主動關閉,而另一方執行被動關閉。

(1)客戶端A發送一個FIN,用來關閉客戶A到服務器B的數據傳送(報文段4)。

(2)服務器B收到這個FIN,它發回一個ACK,確認序號爲收到的序號加1(報文段5)。和SYN一樣,一個FIN將佔用一個序號。

(3)服務器B關閉與客戶端A的連接,發送一個FIN給客戶端A(報文段6)。

(4)客戶端A發回ACK報文確認,並將確認序號設置爲收到序號加1(報文段7)。

 

 

1.爲什麼建立連接協議是三次握手,而關閉連接卻是四次握手呢?

這是因爲服務端的LISTEN狀態下的SOCKET當收到SYN報文的建連請求後,它可以把ACK和SYN(ACK起應答作用,而SYN起同步作用)放在一個報文裏來發送。但關閉連接時,當收到對方的FIN報文通知時,它僅僅表示對方沒有數據發送給你了;但未必你所有的數據都全部發送給對方了,所以你可以未必會馬上會關閉SOCKET,也即你可能還需要發送一些數據給對方之後,再發送FIN報文給對方來表示你同意現在可以關閉連接了,所以它這裏的ACK報文和FIN報文多數情況下都是分開發送的。

2.爲什麼TIME_WAIT狀態還需要等2MSL後才能返回到CLOSED狀態?

這是因爲雖然雙方都同意關閉連接了,而且握手的4個報文也都協調和發送完畢,按理可以直接回到CLOSED狀態(就好比從SYN_SEND狀態到ESTABLISH狀態那樣);但是因爲我們必須要假想網絡是不可靠的,你無法保證你最後發送的ACK報文會一定被對方收到,因此對方處於LAST_ACK狀態下的SOCKET可能會因爲超時未收到ACK報文,而重發FIN報文,所以這個TIME_WAIT狀態的作用就是用來重發可能丟失的ACK報文。


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