TCP连接的建立与释放

Posted 2022-11-17 eimadrigal

TCP是面向连接的协议，其数据传输过程分为建立连接、数据传送、释放连接三个阶段。

0 建立连接

建立连接的过程也就是常说的“三次握手”：

• 客户端向服务器端发送一个SYN报文（SYN=1表示这是一个连接请求或连接接收报文），并随机选取一个起始序号x；
• 服务器端应答一个SYN报文，同时ACK（确认位）置1【ACK=1时TCP报文段首部中的ack（确认号字段）才有效】，随机选取一个服务器端的起始序号y，并将ack字段设为x+1，表示已经收到客户端发来的SYN报文，期待收到序号为x+1的下一个报文；

• 客户端应答一个ACK报文，将序号设为x+1，并且ack字段设为y+1，表示已经收到服务器端的SYN报文，期待收到序号为y+1的下一个报文。
  注：序列号seq也称ISN(Initial Sequence Number)
  
  之所以要采用三次握手机制而不是两次或四次，要从握手机制的目的说起：
  握手主要是为了确认双方的发送、接收能力是否正常，顺带初始化序号seq，为以后的数据传送做好准备，所以：
  第一次握手：服务器收到客户端发来的网络包，服务器就明白客户端的发送能力、服务器的接收能力正常；
  第二次握手：服务器发包，客户端收到后，客户端就明白服务器的发送、接收，客户端的发送、接收都是正常的；
  二次握手后，客户端倒是全明白了，但是服务器端无法确认客户端能否正常接收、服务器是否正常发送，所以两次握手不够；
  第三次握手：服务器收到客户端发送的网络包，服务器确认了自己上次的发送正常、客户端接收也正常，所以四次握手是多余的。

  1 补充问题

• 序列号(ISN)之所以随机生成，是为了避免被攻击（若固定，则下一次传送的ack就显而易见）；
• 前两次握手不可以携带数据，第三次可以携带。第一次握手服务器端接收能力未知，如果携带数据就可能丢失。第二次客户端接收能力未知，如果携带数据也可能丢失。第三次客户端知道服务器接收正常，并且自己已经处于ESTABLISHED状态；

• 服务器发出SYN报文后，处于SYN-RCVD状态，此时不同的连接请求会被放在半连接队列里，三次握手完成后的连接请求被放在全连接队列里。

2 连接释放

连接释放的过程也就是常说的“四次挥手”：
P.S. 图中以客户端发起释放请求为例

1. 客户端发送释放请求，将FIN（终止位）置1，表示客户端已经发完数据，请求释放；
2. 服务器发一个ACK报文，确认号ack为u+1，这时从客户端到服务器的连接被释放，处于半关闭状态；
3. 如果服务器也要断开连接，就向客户端发送连接释放报文（FIN=1）；
4. 客户端发送一个应答报文，序列号seq为u+1，等待一段时间（2MSL）确保服务器收到ACK报文，之后关闭连接。

客户端之所以要等待2MSL时间才关闭，有两个原因：

• 一旦服务器没有收到ACK报文，服务器就会重发FIN报文，客户端再次收到FIN报文，就知道之前发送的ACK报文丢失，会重置时间等待计时器为2MSL并重传ACK报文。
  如果没有这段等待时间，万一服务器没有正常接收ACK报文，接下来重传的FIN报文段就无法到达客户端，服务器无法正常关闭。
• 客户端发完最后一个ACK报文，经过2MSL，本次连接产生的报文都会从网络中消失，避免下一次新连接出现本次旧的连接请求报文段。