TCP三次握手原理详解
TCP/IP协议不是TCP和IP这两个协议的合称,而是指因特网整个TCP/IP协议族。
从协议分层模型方面来讲,TCP/IP由四个层次组成:网络接口层、网络层、传输层、应用层。
TCP协议:即传输控制协议,它提供的是一种可靠的数据流服务。当传送受差错干扰的数据,或举出网络故障,或网络负荷太重而使网际基本传输系统不能正常工作时,就需要通过其他的协议来保证通信的可靠。TCP就是这样的协议。TCP采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。并使用“滑动窗口”的流量控制机制来高网络的吞吐量。TCP通信建立实现了一种“虚电路”的概念。双方通信之前,先建立一条链接然后双方就可以在其上发送数据流。这种数据交换方式能提高效率,但事先建立连接和事后拆除连接需要开销。
本文主要讲述的是
1、TCP三次握手原理,以及为什么要三次握手,两次握手带来的不利后果。
2、TCP四次挥手原理,为什么要四次挥手。
TCP三次握手原理:
首先,给张图片,建立TCP三次握手的直观印象。
每次握手(发送数据请求或应答)时,发送的数据为TCP报文,TCP段包含了源/目的地址,端口号,初始序号,滑动窗口大小,窗口 扩大因子,最大报文段长度等。还有一些标志位:
(1)SYN:同步序号
(2)ACK:应答回复
(3)RST:复位连接,消除旧有的同步序号
(4)PSH:尽可能的将数据送往接收进程
(5)FIN:发送方完成数据发送
(6)URG
从图中,可以看出三次握手的基本步骤是:
第一次握手:客户端向服务器端发送连接请求包SYN(syn=j),等待服务器回应;
第二次握手:服务器端收到客户端连接请求包SYN(syn=j)后,将客户端的请求包SYN(syn=j)放入到自己的未连接队列,此时服务器需要发送两个包给客户端;
(1)向客户端发送确认自己收到其连接请求的确认包ACK(ack=j+1),向客户端表明已知道了其连接请求
(2)向客户端发送连接询问请求包SYN(syn=k),询问客户端是否已经准备好建立连接,进行数据通信;
即在第二次握手时服务器向客户端发送ACK(ack=j+1)和SYN(syn=k)包,此时服务器进入SYN_RECV状态。
第三次握手:客户端收到服务器的ACK(ack=j+1)和SYN(syn=k)包后,知道了服务器同意建立连接,此时需要发送连接已建立的消息给服务器;
向服务器发送连接建立的确认包ACK(ack=k+1),回应服务器的SYN(syn=k)告诉服务器,我们之间已经建立了连接,可以进行数据通信。
ACK(ack=k+1)包发送完毕,服务器收到后,此时服务器与客户端进入ESTABLISHED状态,开始进行数据传送。
为什么不能只两次握手?
有了三次握手的详细步骤,就可以分析为什么需要三次握手而不是两次握手了。
三次握手的目的:消除旧有连接请求的SYN消息对新连接的干扰,同步连接双方的序列号和确认号并交换TCP 窗口大小信息。
设想:如果只有两次握手,那么第二次握手后服务器只向客户端发送ACK包,此时客户端与服务器端建立连接。在这种握手规则下:
假设:如果发送网络阻塞,由于TCP/IP协议定时重传机制,B向A发送了两次SYN请求,分别是x1和x2,且因为阻塞原因,导致x1连接请求和x2连接请求的TCP窗口大小和数据报文长度不一致,如果最终x1达到A,x2丢失,此时A同B建立了x1的连接,这个时候,因为AB已经连接,B无法知道是请求x1还是请求x2同B连接,如果B默认是最近的请求x2同A建立了连接,此时B开始向A发送数据,数据报文长度为x2定义的长度,窗口大小为x2定义的大小,而A建立的连接是x1,其数据包长度大小为x1,TCP窗口大小为x1定义,这就会导致A处理数据时出错。
很显然,如果A接收到B的请求后,A向B发送SYN请求y3(y3的窗口大小和数据报长度等信息为x1所定义),确认了连接建立的窗口大小和数据报长度为x1所定义,A再次确认回答建立x1连接,然后开始相互传送数据,那么就不会导致数据处理出错了。
TCP释放连接需四次挥手
先看图,直观的了解下:
需四次挥手原因:由于TCP的半关闭特性,TCP连接时双全工(即数据在两个方向上能同时传递),因此,每个方向必须单独的进行关闭。这个原则就是:当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向上的连接。当一端收到一个FIN后,它必须通知应用层另一端已经终止了那个方向的数据传送。即收到一个FIN意味着在这一方向上没有数据流动了。
目的:保证服务器与客户端都能完全的接受对方发送的数据。
假设客户机A向服务器B请求释放TCP连接,则:
第一次挥手:主机A向主机B发送FIN包;A告诉B,我(A)发送给你(B)的数据大小是N,我发送完毕,请求断开A->B的连接。
第二次挥手:主机B收到了A发送的FIN包,并向主机A发送ACK包;B回答A,是的,我总共收到了你发给我N大小的数据,A->B的连接关闭。
第三次挥手:主机B向主机A发送FIN包;B告诉A,我(B)发送给你(A)的数据大小是M,我发送完毕,请求断开B->A的连接。
第四次挥手:主机A收到了B发送的FIN包,并向主机B发送ACK包;A回答B,是的,我收到了你发送给我的M大小的数据,B->A的连接关闭。