TCP的三次握手和四次挥手与路由器（三层）转发原理

传输层是国际标准化组织提出的开放系统互连(OSI)参考模型中的第四层。该层协议为网络端点主机上的进程之间提供了可靠、有效的报文传送服务。其功能紧密地依赖于网络层的虚拟电路或数据报服务。传输层定义了主机应用程序之间端到端的连通性。传输层只存在于端开放系统中，是介于低3层通信子网系统和高3层之间的一层，但是很重要的一层，因为它是源端到目的端对数据传送进行控制从低到高的最后一层。

传输层的服务一般要经历传输连接建立阶段，数据传送阶段，传输连接释放阶段3个阶段才算完成一个完整的服务过程。而在数据传送阶段又分为一般数据传送和加速数据传送两种形式。传输层中最为常见的两个协议分别是传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）和用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol） 。传输层提供逻辑连接的建立、传输层寻址、数据传输、传输连接释放、流量控制、拥塞控制、多路复用和解复用、崩溃恢复等服务。

     本篇文章主要讲述传输层协议TCP连接的建立（三次握手）和断开（四次挥手），与路由器的数据转发原理（封装过程）。

 

1、TCP建立连接的过程称为三次握手，我们可以通过下图来了解TCP三次握手的过程：

 

  从图上我们可以看出，PC1要与PC2建立通讯连接，要经过3个步骤，这个三个步骤我们就称为三次握手。经过这3个握手PC1和PC2才可以真正通讯，传输数据。

  首先我们要先了解在TCP报文格式中比较重要的几个标志位，①、ACK：确认位（确认序号位，当该位为1时，用于确认发送方的数据）。②、SYN：建立连接的请求标记（同步序号位，TCP需要建立连接时将该值设为1）。③、FIN：请求断开标记（当TCP断开连接时将该位置为1）。这里我们主要了解这三个标志位。

   当PC1想要与PC2建立连接时，从图中可以看到PC1首先发送SYN报文，该位置为1，请求与PC2建立连接，这个时候PC2接收到请求，通过查看SYN报文位置知道PC1想要建立连接，PC2回应PC1请求，并发送建立连接请求（两台PC机建立通讯是双向的，当一台PC请求建立连接时，另一台PC同样会请求建立连接），PC2发送SYN+ACK报文，该位置同样为1，PC1接受到PC2确认回应与请求后确认PC2信息位置，然后回复确认，发送ACK报文，位置为1。经过这3次握手过程，PC1与PC2成功建立连接。

 

2、TCP断开连接的四次挥手，我们可以通过下图来了解TCP四次挥手的过程：

 

   上图中我们可以看到PC1和PC2断开连接的过程其实和上面我们讲述的TCP三次握手的过程差不多，不过中间多了一个步骤3，这里也就是我们要理解的TCP半关闭的概念，我们可以通过关闭浏览网站这个过程来理解TCP半关闭的概念，同时来阐述TCP断开连接四次挥手的过程。

   在这里我们把PC2看做是一台服务器，当我们在浏览网页时，数据是双向传输的，PC1发起请求，服务器响应请求并发送数据提供PC1浏览查看，当PC1关闭浏览器时，首先发送FIN/ACK报文，位置位为1，确认关闭连接，服务器接收请求，然后发送ACK报文，位置为1，确认请求，这个时候PC1关闭浏览器窗口，但是服务器还没有断开与PC1的连接，还会继续向PC1发送数据，断开的只是PC1单向的连接，这也就是TCP半关闭状态，当PC1断开连接后，服务器重复PC1操作，发送FIN/ACK报文，位置为1，请求确认断开连接，PC1接收到服务器请求，并发送ACK报文，位置为1，确认请求，这个时候服务器与PC1断开连接，经过这四个步骤，PC1与服务器（PC2）断开连接，这就是我们说的TCP断开连接的四次挥手。

 

3、路由器的数据转发原理（封装过程），通过下图来讲述路由器的数据转发原理：

 

  

       路由器转发封装过程我们也称之为路由器的重封装过程，如上图所示，主机A要把数据发送给主机B要经过两个路由的转发来完成，在这个转发过程中是经过三个不同网段的转发最终到达主机B，在同一个段中传输时就是数据链路层（二层）的工作原理，数据链路层是以数据帧的格式通过封装源MAC地址与目标MAC地址发送ARP寻找目标MAC地址进行转发，如上图，主机A发送数据到主机B，要经过三个不同的网段通过两次重封装来完成数据发送。
①、首先主机A通过ARP，找到默认网关路由A的MAC地址，然后封装源IP地址（192.168.1.2/24）与目标IP地址（192.168.2.2/24），源MAC地址（…11-11），目标MAC地址(…22-22),经过E0端口发送到路由A中。
②、路由A接收到数据，通过解析MAC地址，查看主机A发过来的目标IP地址，在路由表中查找目标IP网段，当查找到这个网段后，知道应该从E1接口转发出去，然后路由A重新封装MAC地址，源IP地址与目标IP地址不变，这个时候封装的源MAC地址为…33-33，目标MAC地址为：…44-44，通过E1接口发送给路由B。
③、路由B接受到数据后与路由A同样操做，解封MAC地址，查看目标IP地址，同时在路由表中查找目标IP网段，找到目标IP网段接口E0，然后通过ARP，获得主机B的MAC地址，并封装MAC地址，源MAC地址为…55-55，目标MAC地址为…66-66，源IP地址与目标IP地址不变，通过E0接口转发到主机B，这个时候主机B接受到主机A发过来的数据，通过解析MAC地址，查看源IP与目标IP地址，确定是否是发给自己的数据。

  通过上面所述的过程通过三次重新封装MAC地址，源IP地址与目标IP地址不变，完成数据的转发，这就是路由器的重封装过程，也就是路由器的数据转发原理（封装过程）。