TCP协议与三次握手连接

1. 计算机网络体系结构

2. 运输层作用

　　真正进行通信的实体是主机中的进程。从应用层看，只要把报文交给下面的运输层，运输层就可以把报文传送到对方的运输层，好像这种通信是沿着水平方向流动的，但是实际是经过多个层次传送的。

3. 运输层的两个主要协议

　　运输层的两个主要协议是用户数据报UDP (User Datagram Protocol)协议和传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)

 

 

　　UDP与TCP的区别：

 

4. 使用UDP和TCP的典型应用和应用层协议

 

5. TCP报文组成

 

　　源端口和目的端口：各占 2 字节。端口是运输层与应用层的服务接口。运输层的复用和分用功能通过端口实现。

　　序号: 占 4 字节，32位。TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都有一个序号。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。tcp协议拼凑接收 到的数据包时，根据seq来确定顺序，并且能够确定是否有数据包丢失。

　　确认号：占 4 字节，是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。若确认号 = N，则表明：到序号 N – 1 为止的所有数据都已正确收到。

　　数据偏移（即首部长度）：占4位，指出TCP报文的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远。单位是32位字（以4字节为计算单位）。

　　紧急 URG：控制位。当 URG = 1 时，表明紧急指针字段有效，告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送 (相当于高优先级的数据)。

　　确认 ACK：控制位。只有当 ACK =1 时，确认号字段才有效。当 ACK =0 时，确认号无效。

　　推送 PSH (PuSH) ：控制位。接收 TCP 收到 PSH = 1 的报文段后，就尽快（即“推送”向前）交付接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满后再交付。

　　复位 RST (ReSeT) ：控制位。当 RST=1 时，表明 TCP 连接中出现严重差错（如主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立运输连接。

　　同步 SYN (SYNchronization) ：控制位。

　　　　同步 SYN = 1 表示这是一个连接请求或连接接受报文。

　　　　当 SYN = 1，ACK = 0 时，表明这是一个连接请求报文段。

　　　　当 SYN = 1，ACK = 1 时，表明这是一个连接接受报文段。

　　　　终止 FIN (FINish) ：控制位。用来释放一个连接。

　　　　FIN=1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。

　　窗口：占 2 字节。窗口值告诉对方：从本报文段首部中的确认号算起，接收方目前允许对方发送的数据量（以字节为单位）。

　　检验和：占 2 字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分。

　　在计算检验和时，要在 TCP 报文段的前面加上 12 字节的伪首部。

　　紧急指针：占 2 字节。在 URG = 1时，指出本报文段中的紧急数据的字节数（紧急数据结束后就是普通数据），指出了紧急数据的末尾在报文段中的位置。

　　选项：长度可变，最长可达 40 字节。

　　填充：使整个 TCP 首部长度是 4 字节的整数倍。

6.  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。如图所示：

　　第一次握手：客户端向服务器发送连接请求的TCP报文，同步标志位SYN=1，确认标志位ACK=0，随机产生一个seq number=x的序号给服务器端。（SYN=1时，不能携带数据，但是要消耗一个序号）。此时客户端进入了SYN_SENT状态（即等待状态），等待服务器确认，并接受请求。

　　第二次握手：服务端收到连接请求报文段后，查看同步标志位SYN=1，知道客户端请求建立连接，然后服务器端发送连接接受报文，此时同步标志位SYN=1,确认标志位ACK=1。确认号ack number=x+1(表明前面x数据包收到了，下一步从x+1序号发送报文)，随机产生一个seq number=y作为初始序列号的同步确认报文。此时，服务器端进入SYN_RECV状态。

　　第三次握手：客户端收到连接接受报文后，查看ack number=x+1，ACK=1。此时客户端会发送确认报文给服务器端，此时SYN=0，ACK=1，如果服务器端检查seq number=x+1，ACK=1，则建立连接成功，客户端与服务器端进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后，客户端与服务器端可以开始传输数据了。

7.  三次握手好处

• 为了防治服务器开启一些无用的连接，增加服务器开销。
• 防止已失效的连接请求报文突然又传送到了服务端，而客户端又处于关闭状态，此时服务端会一直等待客户端发送确认信号。

8. TCP四次挥手

　　第一次挥手：主动断开方（客户端，服务的都可以）向对方发送一个FIN结束请求报文，并设置序列号和确认号，随后主动断开方进入FIN_WAIT1状态，这表示主动断开方已经没有业务数据要发给对方了，准备关闭SOCKET连接了。

　　第二次挥手：被动断开方收到FIN断开请求后会发送一个ACK响应报文，表明同意断开请求。随后被动断开方就进入CLOSE-WAIT状态（等待关闭状态），此时若被动断开方还有数据要发送给主动方，主动方还会接受。被动方会持续一段时间。主动方收到ACK报文后，由FIN_WAIT_1转换成FIN_WAIT_2状态。

　　第三次挥手：被动断开方的CLOSE-WAIT（等待关闭）结束后，被动方会向主动方发送一个FIN+ACK报文。表示被动方的数据都发完了。然后被动方进入LAST_ACK状态。

　　第四次挥手：主动断开方收到FIN+ACK断开响应报文后，还需进行最后确认，向被动方发送一个ACK确认报文，然后主动方进入TIME_WAIT状态，在等待完成2MSL时间后，如果期间没有收到被动方的报文，则证明对方已正常关闭，主动断开方的连接最终关闭。被动方在收到主动方第四次挥手发来的ACK报文后，就关闭了连接。

 

 

小结：本文对TCP协议作了简单介绍，对三次TCP握手进行了比较详细介绍。

 

　　本文若存在错误或不足之处，欢迎指正与评论！

 

参考资料：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/439614017            

https://zhuanlan.zhihu.com/p/430799766

https://blog.csdn.net/Li6682438/article/details/124431638