TCP三次握手详解及释放连接过程

Posted 2020-11-18 fmgao-technology

TCP在传输之前会进行三次沟通，一般称为“三次握手”，传完数据断开的时候要进行四次沟通，一般称为“四次挥手”。

两个序号和三个标志位：

  （1）序号：seq序号，占32位，用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记。
  （2）确认序号：ack序号，占32位，只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，ack=seq+1。
  （3）标志位：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具体含义如下：
  （A）URG：紧急指针（urgent pointer）有效。
  （B）ACK：确认序号有效。
  （C）PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
  （D）RST：重置连接。
  （E）SYN：发起一个新连接。
  （F）FIN：释放一个连接。

 需要注意的是：
  （A）不要将确认序号ack与标志位中的ACK搞混了。
  （B）确认方ack=发起方req+1，两端配对。

在第一次消息发送中，A随机选取一个序列号作为自己的初始序号发送给B；

第二次消息B使用ack对A的数据包进行确认，因为已经收到了序列号为x的数据包，准备接收序列号为x+1的包，所以ack=x+1，同时B告诉A自己的初始序列号，就是seq=y；

第三条消息A告诉B收到了B的确认消息并准备建立连接，A自己此条消息的序列号是x+1，所以seq=x+1，而ack=y+1是表示A正准备接收B序列号为y+1的数据包。

三次握手
为什么A还要再发送一次确认呢？这主要是为了防止已失效的连接请求报文又传送到了B，因而产生错误
所谓“已失效的连接请求报文段”是这样产生的，考虑一种正常情况，A发出连接请求，但因连接请求报文丢失而未收到确认，于是A再重传一次连接请求。后来收到了确认，建立了连接。数据传输完毕后，就释放了连接。A共发送了俩个连接请求报文段，其中第一个丢失，第二个到达了B。没有“已失效的连接请求报文段”
现假定出现一种异常情况，即A发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某些网络节点长时间滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达B。本来这是一个早已失效的报文段。但B收到此失效的连接请求报文段后，就误以为是A又发出一次新的连接请求。于是就向A发出确认报文段，同意建立连接。假定不采用三次握手，那么只要B发出确认，新的连接就建立了
由于现在A并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬B的确认，也不会向B发送数据。但B却以为新的运输连接已经建立了，并一直等待A发来数据。B的许多资源就这样白白浪费了。
采用三次握手的办法可以防止上述现象的发生。例如在刚才的情况下，A不会向B的确认发出确认。B由于收不到确认，就知道A并没有要求建立连接

四次挥手：
由于TCP连接时全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，
收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。
首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭，上图描述的即是如此。
（1）第一次挥手：client发送一个FIN，用来关闭client到server的数据传送，client进入FIN_WAIT_1状态
（2）第二次挥手：server收到FIN后，发送一个ACK给client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），server进入CLOSE_WAIT状态
（3）第三次挥手：server发送一个FIN，用来关闭server到client的数据发送，server进入LAST_ACK状态
（4）第四次挥手：client收到FIN后，client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，server进入CLOSED状态，完成四次挥手

（1）三次握手是什么或者流程？四次握手呢？答案前面分析就是
（2）为什么建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？
  这是因为服务端在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时，收到对方的FIN报文时，

仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，己方也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即close，也可以发送一些数据给对方后，

再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方ACK和FIN一般都会分开发送。

为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？

不应该是为了防止B发送的FIN=1的包的丢失，因为如果A没有收到来自B的释放连接请求，是不会进入TIME-WAIT状态的。

所以正确的解释是：A发送的确认释放连接信息B没有收到，这时候B会再次发送一个FIN=1的释放连接请求，而这个时候A还处于TIME-WAIT，所以可以再次发送确认信息

知识点：

1、ACK (Acknowledgement）即是确认字符，在数据通信中，接收站发给发送站的一种传输类控制字符。表示发来的数据已确认接收无误。

在TCP/IP协议中，如果接收方成功的接收到数据，那么会回复一个ACK数据。通常ACK信号有自己固定的格式,长度大小,由接收方回复给发送方。

2、全双工（Full Duplex）是通讯传输的一个术语。通信允许数据在两个方向上同时传输，它在能力上相当于两个单工通信方式的结合。全双工指可以同时（瞬时）进行信号的双向传输（A→B且B→A）。指A→B的同时B→A，是瞬时同步的。

除全双工外，还有两种数据传输方式：

　　半双工，指可以分时进行信号的双向传输（A→B或B→A）。指A→B时，不能B→A；B→A时，不能A→B。即数据发送和数据接受是分时进行的。（汽车的单边放行。）
　　单工，只允许A→B传送信息，而不能B→A传送 。（汽车的单行道。）