计算机网络(二)--TCP三次握手四次挥手

本文主要介绍了TCP/IP的三次握手和四次挥手具体步骤及其原因分析。

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1. 三次握手

step1:第一次握手
建立连接时,客户端发送SYN包到服务器,其中包含客户端的初始序号seq=x,并进入SYN_SENT状态,等待服务器确认。(其中,SYN=1,ACK=0,表示这是一个TCP连接请求数据报文;序号seq=x,表明传输数据时的第一个数据字节的序号是x)。

step2:第二次握手
服务器收到请求后,必须确认客户的数据包。同时自己也发送一个SYN包,即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RCVD状态。(其中确认报文段中,标识位SYN=1,ACK=1,表示这是一个TCP连接响应数据报文,并含服务端的初始序号seq(服务器)=y,以及服务器对客户端初始序号的确认号ack(服务器)=seq(客户端)+1=x+1)。

step3:第三次握手

客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送一个序列号(seq=x+1),确认号为ack(客户端)=y+1,此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED (TCP连接成功)**状态,完成三次握手。

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建立连接前要确认客户端和服务端的接收和发送功能是否正常。
第一次客户端发送SYN时 什么也确认不了
第二次服务端发送SYN+ACK 可以确认服务端发送功能正常
第三次 客户端收到服务端发送的YSN+ACK 可以确认客户端发送接收功能正常
最后客户端发送ACK 服务端接收到后 可以确认服务端发送功能正常
到此就确认完毕了。

2. 四次挥手

step1:第一次挥手
首先,客户端发送一个FIN,用来关闭客户端到服务器的数据传送,然后等待服务器的确认。其中终止标志位FIN=1,序列号seq=u。 客户端进入FIN_WAIT1状态

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我(Client端)没有数据要发给你(Server端)了",但是如果你(Server端)还有数据没有发送完成,则不必急着关闭Socket,可以继续发送数据。所以你先发送ACK

step2:第二次挥手
服务器收到这个FIN进入CLOSE_WAIT状态,然后它给客户端发送一个ACK,确认ack为收到的序号加一。

客户端收到ACK应答后进入FIN_WAIT2状态

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告诉Client端,你的请求我收到了,但是我(Server端)还没准备好,请继续你等我的消息"

step3:第三次挥手
服务端关闭服务器到客户端的连接,发送一个FIN给客户端。服务端进入LAST_ACK状态

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告诉Client端,好了,我(Server端)这边数据发完了,准备好关闭连接了

step4:第四次挥手

客户端收到FIN后,进入TIME_WAIT状态 并发回一个ACK报文确认,并将确认序号seq设置为收到序号加一。

服务端收到客户端回复的ACK后立即关闭,服务端进入CLOASED状态

而客户端要等待2MSL后关闭 进入CLOASED状态

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Client端收到FIN报文后,"就知道可以关闭连接了,所以发送ACK。但是他还是不相信网络,怕Server端不知道要关闭,所以发送ACK后没有立即,而是进入TIME_WAIT状态,如果Server端没有收到ACK那么自己还可以重传。Server端收到ACK后,"就知道可以断开连接了"。Client端等待了2MSL后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,我Client端也可以关闭连接了。Ok,TCP连接就这样关闭了!

3. TIME-WAIT状态详解

为什么Client端要先进入TIME-WAIT状态,等待2MSL时间后才进入CLOSED状态?

保证TCP协议的全双工连接能够可靠关闭,保证这次连接的重复数据段从网络中消失

假设由于IP协议的不可靠性或者是其它网络原因,导致Server没有收到Client最后回复的ACK。那么Server就会在超时之后继续发送FIN,Client端在等待2MSL时间后都没收到信息,说明Server端已经收到自己发送的ACK并且成功关闭了。
假设CLient端直接关闭了:

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1.由于IP协议的不可靠性或者是其它网络原因,导致Server没有收到Client最后回复的ACK。那么Server就会在超时之后继续发送FIN,此时由于Client已经CLOSED了,就找不到与重发的FIN对应的连接,最后Server就会收到RST而不是ACK,Server就会以为是连接错误把问题报告给高层。这样的情况虽然不会造成数据丢失,但是却导致TCP协议不符合可靠连接的要求。所以,Client不是直接进入CLOSED,而是要保持TIME_WAIT,当再次收到FIN的时候,能够保证对方收到ACK,最后正确的关闭连接。

2.如果Client直接CLOSED,然后又再向Server发起一个新连接,我们不能保证这个新连接与刚关闭的连接的端口号是不同的。也就是说有可能新连接和老连接的端口号是相同的。一般来说不会发生什么问题,但是还是有特殊情况出现:假设新连接和已经关闭的老连接端口号是一样的,如果前一次连接的某些数据仍然滞留在网络中,这些延迟数据在建立新连接之后才到达Server,由于新连接和老连接的端口号是一样的,又因为TCP协议判断不同连接的依据是socket pair,于是,TCP协议就认为那个延迟的数据是属于新连接的,这样就和真正的新连接的数据包发生混淆了。所以TCP连接还要在TIME_WAIT状态等待2倍MSL,这样可以保证本次连接的所有数据都从网络中消失。

2MSL:Maximum Segment Lifetime 即数据在网络中保存的最大时间。

简单易懂的说法:

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假设Client端发起中断连接请求,也就是发送FIN报文。Server端接到FIN报文后,意思是说"我Client端没有数据要发给你了",但是如果你还有数据没有发送完成,则不必急着关闭Socket,可以继续发送数据。所以你先发送ACK,"告诉Client端,你的请求我收到了,但是我还没准备好,请继续你等我的消息"。这个时候Client端就进入FIN_WAIT状态,继续等待Server端的FIN报文。当Server端确定数据已发送完成,则向Client端发送FIN报文,"告诉Client端,好了,我这边数据发完了,准备好关闭连接了"。Client端收到FIN报文后,"就知道可以关闭连接了,但是他还是不相信网络,怕Server端不知道要关闭,所以发送ACK后进入TIME_WAIT状态,如果Server端没有收到ACK则可以重传。“,Server端收到ACK后,"就知道可以断开连接了"。Client端等待了2MSL后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,我Client端也可以关闭连接了。Ok,TCP连接就这样关闭了!

4. TCP 的有限状态机

红色为客户端 蓝色为服务端 细箭头为异常变化

TCP

5. 参考

https://www.baidu.com/link?url=_mlor11BLttd1jmMU4k9OP0gqcjNKhZQ9fJuvbMOhkuH9-lVeB-y3VIVK1neZURi_tmR3rg1lj2lfgvvGhTV-q&wd=&eqid=d0144c250007b69c000000035bfdfafc

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