简述 TCP三次握手和四次挥手
TCP首部的网络传输起到的作用:
- TCP的标志位
每个TCP段都有一个目的,这是借助于TCP标志位选项来确定的,允许发送方或接收方指定哪些标志应该被使用,以便段被另一端正确处理。用的最广泛的标志是 SYN,ACK 和 FIN,用于建立连接,确认成功的段传输,最后终止连接。
- SYN:简写为S,同步标志位,用于建立会话连接,同步序列号;
- ACK: 简写为.,确认标志位,对已接收的数据包进行确认;
- FIN: 简写为F,完成标志位,表示我已经没有数据要发送了,即将关闭连接;
TCP 三次握手建立连接
所谓三次握手(Three-way Handshake),是指建立一个 TCP 连接时,需要客户端和服务器总共发送3个报文。
三次握手的目的是连接服务器指定端口,建立 TCP 连接,并同步连接双方的序列号和确认号,交换 TCP 窗口大小信息。在 socket 编程中,客户端执行 connect() 时。将触发三次握手。
三次握手过程的示意图如下:
TCP 四次挥手关闭连接
四次挥手即终止TCP连接,就是指断开一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。在socket编程中,这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发。
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。
四次挥手过程的示意图如下:
挥手请求可以是Client端,也可以是Server端发起的,我们假设是Client端发起:
- 第一次挥手: Client端发起挥手请求,向Server端发送标志位是FIN报文段,设置序列号seq,此时,Client端进入FIN_WAIT_1状态,这表示Client端没有数据要发送给Server端了。
- 第二次分手:Server端收到了Client端发送的FIN报文段,向Client端返回一个标志位是ACK的报文段,ack设为seq加1,Client端进入FIN_WAIT_2状态,Server端告诉Client端,我确认并同意你的关闭请求。
- 第三次分手: Server端向Client端发送标志位是FIN的报文段,请求关闭连接,同时Client端进入LAST_ACK状态。
- 第四次分手 : Client端收到Server端发送的FIN报文段,向Server端发送标志位是ACK的报文段,然后Client端进入TIME_WAIT状态。Server端收到Client端的ACK报文段以后,就关闭连接。此时,Client端等待2MSL的时间后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,Client端也可以关闭连接了。
为什么连接的时候是三次握手,关闭的时候却是四次握手?
建立连接时因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后,可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的,SYN报文是用来同步的。所以建立连接只需要三次握手。
由于TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议,TCP是全双工模式。
这就意味着,关闭连接时,当Client端发出FIN报文段时,只是表示Client端告诉Server端数据已经发送完毕了。当Server端收到FIN报文并返回ACK报文段,表示它已经知道Client端没有数据发送了,但是Server端还是可以发送数据到Client端的,所以Server很可能并不会立即关闭SOCKET,直到Server端把数据也发送完毕。
当Server端也发送了FIN报文段时,这个时候就表示Server端也没有数据要发送了,就会告诉Client端,我也没有数据要发送了,之后彼此就会愉快的中断这次TCP连接。
为什么要等待2MSL?
MSL:报文段最大生存时间,它是任何报文段被丢弃前在网络内的最长时间。
有以下两个原因:
- 第一点:保证TCP协议的全双工连接能够可靠关闭:
由于IP协议的不可靠性或者是其它网络原因,导致了Server端没有收到Client端的ACK报文,那么Server端就会在超时之后重新发送FIN,如果此时Client端的连接已经关闭处于CLOESD状态,那么重发的FIN就找不到对应的连接了,从而导致连接错乱,所以,Client端发送完最后的ACK不能直接进入CLOSED状态,而要保持TIME_WAIT,当再次收到FIN的收,能够保证对方收到ACK,最后正确关闭连接。 - 第二点:保证这次连接的重复数据段从网络中消失
如果Client端发送最后的ACK直接进入CLOSED状态,然后又再向Server端发起一个新连接,这时不能保证新连接的与刚关闭的连接的端口号是不同的,也就是新连接和老连接的端口号可能一样了,那么就可能出现问题:如果前一次的连接某些数据滞留在网络中,这些延迟数据在建立新连接后到达Client端,由于新老连接的端口号和IP都一样,TCP协议就认为延迟数据是属于新连接的,新连接就会接收到脏数据,这样就会导致数据包混乱。所以TCP连接需要在TIME_WAIT状态等待2倍MSL,才能保证本次连接的所有数据在网络中消失。
摘自网络,学习留存