TCP建立连接通过三次握手，释放连接通过四次挥手

Posted 2020-11-26 jasonboren

tcp建立连接通过三次握手、释放连接通过四次挥手

一、tcp建立连接通过三次握手

首先tcp的特性：tcp是面向连接的安全可靠的传输协议。
传输连接是用来传送tcp报文的。tcp传输连接的建立和释放是每一次面向连接的通信中必不可少的过程。因此，传输连接就有三个阶段：连接建立、数据传输、连接释放。传输连接的管理就是使传输连接的建立和释放都能正常的进行。
在tcp连接建立的过程中要解决以下三个问题：
1.要使每一方都能够确知对方的存在。
2.要允许双方协商一些参数（如最大窗口值、是否使用窗口扩大选项和时间戳选项以及服务质量等）。
3.能够对传输实体资源（如缓存大小、连接表中的项目等）进行分配。

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tcp连接的建立采用客户服务器模式。主动发起建立连接的应用进程叫做客户端（client），而被动等待连接建立的应用进程叫服务器（server）。
tcp建立连接的过程如下图所示：

解释连接过程：
主机A是运行的tcp客户端程序，主机B是运行的tcp服务器端程序。最初两端的tcp进程都处于closed（关闭）状态。注意是A主动打开连接，而B是被动打开连接。
B的tcp服务器进程先创建传输控制块PCB(pcb存储了每一个连接中的一些重要信息，如：tcp连接表，到发送和接收缓存的指针，到重传队列的指针，当前的发送和接收序号等)，准备接收客户A进程的连接请求。然后服务器进程就处于listen（收听）状态，等待客户的连接请求。如果有请求则做出响应。
第一次握手
A的tcp客户进程也是首先创建传输控制块PCB，然后向服务器B发出连接请求报文段，这时首部中的同步为SYN=1，同时选择一个初始序号seq=x。TCP规定，SYN报文段（即SYN=1的报文段）不能携带数据，但是要消耗掉一个序号。 这时tcp客户进程进入SYN-SENT（同步已发送）状态。
第二次握手
B收到连接请求报文段后，如同意建立连接，则向A发送确认。在确认报文段中应把SYN位和ACK位都置为1，确认号是ack=x+1，同时也为自己选择一个初始序号seq=y。请注意这个SYN=1的报文段也不能携带数据，但同样要消耗掉一个序号。这时tcp服务器进程进入SYN-RCVD（同步收到）状态。
第三次握手
TCP客户A进程收到B的确认后，还要向B发出确认。确认报文段的ACK置为1，确认号ack=y+1，而自己的序号seq=x+1。TCP的标准规定，ACK报文段可以携带数据。这时tcp连接已经建立，A进入established（已建立连接）状态。当B收到A的确认后，也进入established（已建立连接）状态。

至此连接的三次握手完成。
可以简单的这样理解：
客户进程：请求连接，发送一个同步报文syn=1，序号seq=x
服务器进程：收到，允许连接，发送一个确认报文ack=x+1，seq=y
客户进程：好的，发送一个确认报文ack=y+1，序号seq=x+1，这时客户进程已建立连接
服务器进程：收到，这时服务器进程已建立连接。
完成连接，开始传输和接收数据。

为什么客户A还要向服务器B发送一次确认？因为这主要是为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了B，从而产生错误。

二、tcp释放连接的四次挥手过程

tcp释放连接的过程比较复杂，需要经过四次握手也叫四次挥手过程。
数据传输结束后，通信的双方都可释放连接。现在客户进程A和服务器进程B都处于established（连接）状态，如下图所示：

客户A的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段，并停止在发送数据，主动关闭TCP连接。A把连接释放报文段首部的终止控制位FIN置1，其序号为seq=u，它等于前面已传送过的数据的最后一个字节的序号加1。这时A进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态，等待服务器B的确认。注意：TCP规定，FIN报文段即使不携带数据也要消耗掉一个序号。

服务器B收到连接释放报文段后即发出确认，确认号是ack=u+1，而这个报文段自己的序号是v即seq=v，等于B前面已传送过的数据的最后一个字节的序号加1。然后B进入CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器进程这时应通知高层应用进程，因而从A到B这个方向的连接就释放了，这时的TCP连接处于半关闭（half-close）状态，即客户进程A已经没有数据要发送了，但是B若要发送数据，A仍然要接收。也就是说从B到A这个方向的连接并没有关闭，这个状态可能会持续一段时间。

客户进程A收到来自B的确认后，就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待B发出的连接释放报文段。

若服务器B已经没有要向A发送的数据，其应用进程就通知TCP释放连接。这时B发出的连接释放报文段必须使FIN=1。现假定B的序号seq=w（在半关闭状态B可能又发送了一些数据）。B还必须重复上次已发送过的确认号ack=u+1。这时B就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待A的确认。

客户进程A在收到B的连接释放报文段后，必须对此发出确认。在确认报文段中把ACK置为1，确认号ack=w+1，而自己的序号seq=u+1（根据TCP标准，前面发送过的FIN报文段要消耗掉一个序号）。然后进入到TIME-WAIT（时间等待）状态。注意：现在TCP连接还没有释放掉。必须经过时间等待计时器（TIME-WAIT timer）设置的时间2MSL后，客户进程A才进入到CLOSED状态。时间MSL叫做最长报文段寿命（Maximum Segment Lifetime）。当A撤销相应的传输控制块PCB后，就结束了这次的TCP连接。

为什么A在TIME-WAIT（时间等待）状态必须等待2MSL的时间呢？有两个原因。

原因之一：
为了保证客户A进程发送的最后一个确认ACK报文段能够达到B。这个确认ACK报文段有可能丢失，因而使处在LAST-ACK状态的B收不到对已发送的FIN+ACK报文段的确认。B会超时重传这个FIN+ACK报文段，而A就能在2MSL时间内收到这个重传的FIN+ACK报文段。接着A重传一次确认，重新启动2MSL计时器。最后A和B都能正常进入到CLOSED状态。如果A在TIME-WAIT状态不等待一段时间，而是在发送完ACK报文段后立即释放连接，那么就无法收到B超时重传的FIN+ACK报文段，因而也不会在发送一次确认报文段。这样B就无法按照正常步骤进入CLOSED状态。
原因之二：
防止“已失效的连接请求报文段”出现在本连接中。A在发送完最后一个ACK报文段后，在经过时间2MSL，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样就可以使下一个新的连接中不会出现这种旧的连接请求报文段。

B只要收到了A发出的确认，就进入CLOSED状态。同样，B在撤销相应的传输控制块PCB后就结束了这次TCP连接。注意：：B结束tcp连接的时间要比A早一些。

除了时间等待计时器外，TCP还设有一个保活计时器（keepalive timer）。设想有这样的情况：客户已主动与服务器建立了连接，但后来客户端的主机突然出故障，显然服务器以后就不能在收到客户发来的数据。因此，应当有措施使服务器不在白白等待下去，否则将会浪费很多资源，这就要使用保活计时器。服务器每收到一次客户的数据，就重新设置保活计时器，时间的设置通常是两小时。若两小时没有收到客户的数据，服务器就发送一个探测报文段，以后则每隔75分钟发送一次，若一连发送10个探测报文段后客户仍没有响应，服务器就认为客户端出现了故障，紧接着就关闭这个连接。

参考博文：https://blog.csdn.net/qq_38950316/article/details/81087809