TCP三次握手、四次挥手

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。三次握手和四次挥手是 TCP 协议建立和断开连接的重要过程，下面详细介绍。

TCP 三次握手

目的

三次握手的主要目的是在客户端和服务器之间建立可靠的连接，确保双方都具备发送和接收数据的能力，同时初始化序列号，为后续的数据传输做好准备。

过程

1. 客户端向服务器发送 SYN 包
   • 客户端向服务器发送一个 TCP 数据包，其中 SYN（Synchronize Sequence Numbers，同步序列号）标志位被设置为 1，表示这是一个连接请求包。
   • 同时，客户端会随机选择一个初始序列号（Initial Sequence Number，ISN），假设为 x，并将其放入数据包的序列号字段中。
   • 客户端进入 SYN_SENT 状态，等待服务器的响应。
2. 服务器收到 SYN 包并发送 SYN + ACK 包
   • 服务器接收到客户端的 SYN 包后，会为该连接分配必要的资源。
   • 服务器将 SYN 标志位和 ACK（Acknowledgment，确认）标志位都设置为 1，表示同意建立连接并对客户端的请求进行确认。
   • 服务器也会随机选择一个初始序列号，假设为 y，放入数据包的序列号字段中。同时，将确认号字段设置为 x + 1，表示已收到客户端的 SYN 包，期望接下来收到客户端序列号为 x + 1 的数据包。
   • 服务器进入 SYN_RCVD 状态。
3. 客户端收到 SYN + ACK 包并发送 ACK 包
   • 客户端收到服务器的 SYN + ACK 包后，会检查确认号是否为 x + 1，如果是，则认为服务器已正确收到自己的 SYN 包。
   • 客户端将 ACK 标志位设置为 1，序列号字段设置为 x + 1，确认号字段设置为 y + 1，表示已收到服务器的 SYN 包，期望接下来收到服务器序列号为 y + 1 的数据包。
   • 客户端进入 ESTABLISHED 状态，此时客户端可以开始向服务器发送数据。
   • 服务器收到客户端的 ACK 包后，也进入 ESTABLISHED 状态，双方连接建立成功，可以进行数据传输。

示意图

 

客户端                               服务器
  |                                   |
  |  SYN=1, Seq=x                     |
  |  ------------------------------>  |
  |                                   |
  |  SYN=1, ACK=1, Seq=y, Ack=x+1     |
  |  <------------------------------  |
  |                                   |
  |  ACK=1, Seq=x+1, Ack=y+1          |
  |  ------------------------------>  |
  |                                   |
  |  连接建立，开始数据传输           |

TCP 四次挥手

目的

四次挥手的主要目的是在客户端和服务器之间安全、有序地关闭已建立的连接，确保双方都能正确处理未完成的数据传输和资源释放。

过程

1. 客户端向服务器发送 FIN 包
   • 当客户端完成数据传输后，它会向服务器发送一个 TCP 数据包，其中 FIN（Finish，结束）标志位被设置为 1，表示请求关闭连接。
   • 假设客户端的序列号为 u，则将其放入数据包的序列号字段中。
   • 客户端进入 FIN_WAIT_1 状态，等待服务器的确认。
2. 服务器收到 FIN 包并发送 ACK 包
   • 服务器接收到客户端的 FIN 包后，会立即发送一个 ACK 包进行确认。
   • 将 ACK 标志位设置为 1，序列号字段设置为 v（服务器当前的序列号），确认号字段设置为 u + 1，表示已收到客户端的 FIN 包，期望接下来收到客户端序列号为 u + 1 的数据包（虽然客户端已无数据要发送）。
   • 服务器进入 CLOSE_WAIT 状态，此时服务器可以继续向客户端发送未发送完的数据。
3. 服务器向客户端发送 FIN 包
   • 当服务器完成数据传输后，它会向客户端发送一个 FIN 包，表示请求关闭连接。
   • 将 FIN 标志位设置为 1，序列号字段设置为 v（可能与上一个 ACK 包的序列号相同），确认号字段设置为 u + 1。
   • 服务器进入 LAST_ACK 状态，等待客户端的确认。
4. 客户端收到 FIN 包并发送 ACK 包
   • 客户端收到服务器的 FIN 包后，会发送一个 ACK 包进行确认。
   • 将 ACK 标志位设置为 1，序列号字段设置为 u + 1，确认号字段设置为 v + 1，表示已收到服务器的 FIN 包，期望接下来收到服务器序列号为 v + 1 的数据包（实际上服务器已无数据要发送）。
   • 客户端进入 TIME_WAIT 状态，等待一段时间（通常为 2 倍的最大段生存期，即 2MSL），以确保服务器能收到自己的 ACK 包。如果服务器未收到 ACK 包，会重新发送 FIN 包，客户端可以再次发送 ACK 包进行确认。
   • 服务器收到客户端的 ACK 包后，进入 CLOSED 状态，连接关闭。客户端在 TIME_WAIT 状态等待一段时间后，也进入 CLOSED 状态，连接彻底关闭。

示意图

 

 

客户端                               服务器
  |                                   |
  |  FIN=1, Seq=u                     |
  |  ------------------------------>  |
  |                                   |
  |  ACK=1, Seq=v, Ack=u+1            |
  |  <------------------------------  |
  |                                   |
  |  FIN=1, ACK=1, Seq=v, Ack=u+1     |
  |  <------------------------------  |
  |                                   |
  |  ACK=1, Seq=u+1, Ack=v+1          |
  |  ------------------------------>  |
  |                                   |
  |  连接关闭                         |

总结

TCP 三次握手和四次挥手是确保 TCP 连接可靠建立和安全关闭的重要机制，它们通过一系列的数据包交换和状态转换，保证了通信双方的同步和数据的完整性。