一文搞懂TCP的三次握手和四次挥手

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了一文搞懂TCP的三次握手和四次挥手相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

参考技术A TCP的三次握手和四次挥手实质就是TCP通信的连接和断开。

三次握手:为了对每次发送的数据量进行跟踪与协商,确保数据段的发送和接收同步,根据所接收到的数据量而确认数据发送、接收完毕后何时撤消联系,并建立虚连接。

四次挥手:即终止TCP连接,就是指断开一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。

TCP三次握手、四次挥手时序图

TCP协议位于传输层,作用是提供可靠的字节流服务,为了准确无误地将数据送达目的地,TCP协议采纳三次握手策略。

三次握手原理:

第1次握手:客户端发送一个带有SYN(synchronize)标志的数据包给服务端;

第2次握手:服务端接收成功后,回传一个带有SYN/ACK标志的数据包传递确认信息,表示我收到了;

第3次握手:客户端再回传一个带有ACK标志的数据包,表示我知道了,握手结束。

其中:SYN标志位数置1,表示建立TCP连接;ACK标志表示验证字段。

可通过以下趣味图解理解三次握手:

三次握手过程详细说明:

1、客户端发送建立TCP连接的请求报文,其中报文中包含seq序列号,是由发送端随机生成的,并且将报文中的SYN字段置为1,表示需要建立TCP连接。(SYN=1,seq=x,x为随机生成数值);

2、服务端回复客户端发送的TCP连接请求报文,其中包含seq序列号,是由回复端随机生成的,并且将SYN置为1,而且会产生ACK字段,ACK字段数值是在客户端发送过来的序列号seq的基础上加1进行回复,以便客户端收到信息时,知晓自己的TCP建立请求已得到验证。(SYN=1,ACK=x+1,seq=y,y为随机生成数值)这里的ack加1可以理解为是确认和谁建立连接;

3、客户端收到服务端发送的TCP建立验证请求后,会使自己的序列号加1表示,并且再次回复ACK验证请求,在服务端发过来的seq上加1进行回复。(SYN=1,ACK=y+1,seq=x+1)。

由于TCP连接是全双工的,因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动,一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方执行被动关闭。

四次挥手原理:

第1次挥手:客户端发送一个FIN,用来关闭客户端到服务端的数据传送,客户端进入FIN_WAIT_1状态;

第2次挥手:服务端收到FIN后,发送一个ACK给客户端,确认序号为收到序号+1(与SYN相同,一个FIN占用一个序号),服务端进入CLOSE_WAIT状态;

第3次挥手:服务端发送一个FIN,用来关闭服务端到客户端的数据传送,服务端进入LAST_ACK状态;

第4次挥手:客户端收到FIN后,客户端t进入TIME_WAIT状态,接着发送一个ACK给Server,确认序号为收到序号+1,服务端进入CLOSED状态,完成四次挥手。

其中:FIN标志位数置1,表示断开TCP连接。

可通过以下趣味图解理解四次挥手:

四次挥手过程详细说明:

1、客户端发送断开TCP连接请求的报文,其中报文中包含seq序列号,是由发送端随机生成的,并且还将报文中的FIN字段置为1,表示需要断开TCP连接。(FIN=1,seq=x,x由客户端随机生成);

2、服务端会回复客户端发送的TCP断开请求报文,其包含seq序列号,是由回复端随机生成的,而且会产生ACK字段,ACK字段数值是在客户端发过来的seq序列号基础上加1进行回复,以便客户端收到信息时,知晓自己的TCP断开请求已经得到验证。(FIN=1,ACK=x+1,seq=y,y由服务端随机生成);

3、服务端在回复完客户端的TCP断开请求后,不会马上进行TCP连接的断开,服务端会先确保断开前,所有传输到A的数据是否已经传输完毕,一旦确认传输数据完毕,就会将回复报文的FIN字段置1,并且产生随机seq序列号。(FIN=1,ACK=x+1,seq=z,z由服务端随机生成);

4、客户端收到服务端的TCP断开请求后,会回复服务端的断开请求,包含随机生成的seq字段和ACK字段,ACK字段会在服务端的TCP断开请求的seq基础上加1,从而完成服务端请求的验证回复。(FIN=1,ACK=z+1,seq=h,h为客户端随机生成)

至此TCP断开的4次挥手过程完毕。

LISTEN:等待从任何远端TCP 和端口的连接请求。

SYN_SENT:发送完一个连接请求后等待一个匹配的连接请求。

SYN_RECEIVED:发送连接请求并且接收到匹配的连接请求以后等待连接请求确认。

ESTABLISHED:表示一个打开的连接,接收到的数据可以被投递给用户。连接的数据传输阶段的正常状态。

FIN_WAIT_1:等待远端TCP 的连接终止请求,或者等待之前发送的连接终止请求的确认。

FIN_WAIT_2:等待远端TCP 的连接终止请求。

CLOSE_WAIT:等待本地用户的连接终止请求。

CLOSING:等待远端TCP 的连接终止请求确认。

LAST_ACK:等待先前发送给远端TCP 的连接终止请求的确认(包括它字节的连接终止请求的确认)

TIME_WAIT:等待足够的时间过去以确保远端TCP 接收到它的连接终止请求的确认。

TIME_WAIT 两个存在的理由:

          1.可靠的实现tcp全双工连接的终止;

          2.允许老的重复分节在网络中消逝。

CLOSED:不在连接状态(这是为方便描述假想的状态,实际不存在)。

图解TCP的三次握手和四次挥手

文章目录

TCP的三次握手与四次挥手

三次握手

三次握手过程
(1)客户端发送一个SYN0给服务器(选择初始序列号,不携带任何数据)
(2)服务器收到SYN0,回复SYN1和ACK(服务器分配缓存,选择自己初始序列号)
(3)客户端收到SYN1、ACK,回复ACK(可以包含数据)

  1. 第一次握手:建立连接时,客户端发送syn包(syn=x)到服务器,并进入SYN_SENT状态,等待服务器确认;SYN:同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)。
  2. 第二次握手:服务器收到syn包,必须确认客户的SYN(ack=x+1),同时自己也发送一个SYN包 (syn=y),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态;
  3. 第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=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。

四次挥手

四次挥手过程

  1. 客户端向服务器发送FIN控制报文段(首部中的 FIN 比特被置位);
  2. 服务端收到FIN,回复ACK。服务器进入关闭等待状态,发送FIN;
  3. 客户端收到FIN,给服务器回复ACK,客户端进入等待状态(进入“等待”,以确保服务器收到ACK真正关闭连接);
  4. 服务端收到ACK,链接关闭。

  1. 客户端进程发出连接释放报文,并且停止发送数据。释放数据报文首部,FIN=1,其序列号为seq=u(等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1),此时,客户端进入FIN-WAIT- 1(终止等待1)状态。 TCP规定,FIN报文段即使不携带数据,也要消耗一个序号。
  2. 服务器收到连接释放报文,发出确认报文,ACK=1,ack=u+1,并且带上自己的序列号seq=v,此时,服务端就进入了CLOSE-WAIT(关闭等待)状态。TCP服务器通知高层的应用进程,客户端向服务器的方向就释放了,这时候处于半关闭状态,即客户端已经没有数据要发送了,但是服务器若
    发送数据,客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间,也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
  3. 客户端收到服务器的确认请求后,此时,客户端就进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态,等待服务器发送连接释放报文(在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据)。
  4. 服务器将最后的数据发送完毕后,就向客户端发送连接释放报文,FIN=1,ack=u+1,由于在半关闭状态,服务器很可能又发送了一些数据,假定此时的序列号为seq=w,此时,服务器就进入了LAST-ACK(最后确认)状态,等待客户端的确认。
  5. 客户端收到服务器的连接释放报文后,必须发出确认,ACK=1,ack=w+1,而自己的序列号是seq=u+1,此时,客户端就进入了TIME-WAIT(时间等待)状态。注意此时TCP连接还没有释放,必须经过2∗∗MSL(最长报文段寿命)的时间后,当客户端撤销相应的TCB后,才进入CLOSED状态。
  6. 服务器只要收到了客户端发出的确认,立即进入CLOSED状态。同样,撤销TCB后,就结束了这次的TCP连接。可以看到,服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

其中细节

三次握手

为什么要有最后一次ACK?

客户端首先向服务器发送一个连接请求,但是可能这个连接请求走了远路,等了很长时间,服务器都没有收到,那么客户端可能会再次发送,此时服务器端收到并且回复SYN、ACK;

在这个时候最先发送的那个连接请求到达服务器,那么服务器会回复一个SYN,ACK;

但是客户端表示自己已经收到确认了,并不搭理这个回复,那么服务器可能陷入等待,如果这种情况多了,那么会导致服务器瘫痪,所以要发送第三个确认。

四次挥手

为什么需要四次挥手?

TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议。

TCP是全双工模式,这就意味着,当客户端发出FIN报文段时,只是表示客户端已经没有数据要发送了,客户端告诉服务器,它的数据已经全部发送完毕了;

但是,这个时候客户端还是可以接受来自服务端的数据;

当服务端返回ACK报文段时,表示它已经知道客户端没有数据发送了,但是服务端还是可以发送数据到客户端的;

当服务端也发送了FIN报文段时,这个时候就表示服务端也没有数据要发送了,就会告诉客户端,我也没有数据要发送了,之后彼此就会愉快的中断这次TCP连接。

总结:前 2 次挥手用于关闭一个方向的数据通道,后两次挥手用于关闭另外一个方向的数据通道

以上是关于一文搞懂TCP的三次握手和四次挥手的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

TCP的三次握手和四次挥手

图解TCP的三次握手和四次挥手(简单明了)

关于TCP的三次握手和四次挥手及其衍生问题

图解TCP的三次握手和四次挥手

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TCP的三次握手和四次挥手