TCP三次握手与四次挥手
一、TCP三次握手过程?
TCP 是面向连接的协议,所以使用 TCP 前必须先建立连接,而建立连接是通过三次握手来进行的。三次握手的过程如下图:
- 一开始,客户端和服务端都处于
CLOSE
状态。先是服务端主动监听某个端口,处于LISTEN
状态
- 客户端会随机初始化序号(
client_isn
),将此序号置于 TCP 首部的「序号」字段中,同时把SYN
标志位置为1
,表示SYN
报文。接着把第一个 SYN 报文发送给服务端,表示向服务端发起连接,该报文不包含应用层数据,之后客户端处于SYN-SENT
状态。
- 服务端收到客户端的
SYN
报文后,首先服务端也随机初始化自己的序号(server_isn
),将此序号填入 TCP 首部的「序号」字段中,其次把 TCP 首部的「确认应答号」字段填入client_isn + 1
, 接着把SYN
和ACK
标志位置为1
。最后把该报文发给客户端,该报文也不包含应用层数据,之后服务端处于SYN-RCVD
状态。
-
客户端收到服务端报文后,还要向服务端回应最后一个应答报文,首先该应答报文 TCP 首部
ACK
标志位置为1
,其次「确认应答号」字段填入server_isn + 1
,最后把报文发送给服务端,这次报文可以携带客户到服务端的数据,之后客户端处于ESTABLISHED
状态。 -
服务端收到客户端的应答报文后,也进入
ESTABLISHED
状态。
从上面的过程可以发现第三次握手是可以携带数据的,前两次握手是不可以携带数据的。
二、为什么是三次握手?
TCP建立连接时,通过三次握手能防止历史连接的建立,能减少双方不必要的资源开销,能帮助双方同步初始化序列号。序列号能保证数据不重复,不丢弃和按序传输。
不使用两次和四次握手的原因:
- 「两次握手」:无法防止历史连接的建立,会造成双方资源的浪费,也无法同步双方序列号;
- 「四次握手」:三次握手就已经理论上最少可靠连接建立,所以不需要使用更多的通信次数。
三、TCP四次挥手
TCP断开连接时通过四次挥手方式,双方都可以主动断开,断开后主机中的资源将被释放
- 客户端打算关闭连接,此时会发送一个 TCP 首部
FIN
标志位被置为1
的报文,也即FIN
报文,之后客户端进入FIN_WAIT_1
状态。 - 服务端收到该报文后,就向客户端发送
ACK
应答报文,接着服务端进入CLOSE_WAIT
状态。 - 客户端收到服务端的
ACK
应答报文后,之后进入FIN_WAIT_2
状态。 - 等待服务端处理完数据后,也向客户端发送
FIN
报文,之后服务端进入LAST_ACK
状态。 - 客户端收到服务端的
FIN
报文后,回一个ACK
应答报文,之后进入TIME_WAIT
状态 - 服务端收到了
ACK
应答报文后,就进入了CLOSE
状态,至此服务端已经完成连接的关闭。 - 客户端在经过
2MSL
一段时间后,自动进入CLOSE
状态,至此客户端也完成连接的关闭。
可以看到,每个方向都需要一个 FIN 和一个 ACK,因此通常被称为四次挥手。
四、为什么需要四次挥手?
回顾下四次挥手双方发 FIN
包的过程:
- 关闭连接时,客户端向服 务端发送
FIN
时,仅仅表示客户端不再发送数据了但是还能接收数据。 - 服务端收到客户端的
FIN
报文时,先回一个ACK
应答报文,而服务端可能还有数据需要处理和发送,等服务端不再发送数据时,才发送FIN
报文给客户端来表示同意现在关闭连接。
从上面过程可知,服务端通常需要等待完成数据的发送和处理,所以服务端的 ACK
和 FIN
一般都会分开发送,因此是需要四次挥手。