网络基础03TCP传输连接的建立与释放

Posted 2020-08-23

一、TCP的传输连接管理的三个阶段 

IP协议的作用范围：提供主机之间的逻辑通信

TCP和UDP协议的作用范围：提供进程之间的逻辑通信

TCP (Transmission Control Protocol)   传输控制协议

UDP （User Datagram Protocol ）      用户数据报协议

  当运输层采用面向连接的TCP协议时，尽管下面的网络是不可靠的（只提供尽最大努力服务），但这种逻辑通信信道就相当于一条全双工的可靠信道。

当运输层采用无连接的UDP协议时，这种逻辑通信信道是一条不可靠信道

1、TCP连接的建立都是采用客户端/服务器方式

主动发起连接建立的应用进程叫做客户端(client)。

被动等待连接建立的应用进程叫做服务器(server)。

传输连接就有三个阶段，即：连接建立、数据传送和连接释放。

传输连接的管理就是使传输连接的建立和释放都能正常地进行。

2、连接建立过程中要解决以下三个问题

要使每一方能够确知对方的存在

要允许双方协商一些参数（如最大报文段长度，最大窗口大小，服务质量等）。

能够对运输实体资源（如缓存大小，连接表中的项目等）进行分配。

3、TCP连接的状态转移

4、TCP的三次握手建立传输连接

TCP的状态 (SYN, FIN, ACK, PSH, RST, URG)

在TCP层，有个FLAGS字段，这个字段有以下几个标识：

SYN  synchronous     建立联机 

ACK  acknowledgement  确认

PSH  push         传送 

FIN  finish        结束

RST  reset         重置

URG  urgent        紧急

Sequence number      顺序号码

acknowledge number    确认号码

其中，对于我们日常的分析有用的就是前面的五个字段。

第一次握手：主机A向B发出连接请求报文段

  其首部中发送位码为：同步位为SYN＝1，并随机产生序号seq=x，表明传送数据时的第一个数据字节的序号是x；并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认； 

第二次握手：主机B收到连接请求报文段后（主机B由SYN=1知道，A要求建立联机），如同意，则发回确认；

  B在确认报文段中应使SYN=1，ACK=1，其确认号ack=x+1,自己选择的序号seq=y的包；此时服务器进入SYN_RECV状态；

第三次握手：主机A收到此报文段后B给出确认，

  B在确认报文段中使用ACK=1,确认号ack=y+1，序号为seq=x+1

  

A的TCP通知上层应用进程，连接已经建立

B的TCP收到主机A的确认后，也通知其上层应用进程；TCP连接已经建立

5、TCP的4次挥手释放传输连接

第一次挥手：数据传输结束后，通信的双方都可释放连接 

  现在A的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段，并停止再发送数据，主动关闭 TCP连接。

A把连接释放报文段首部的FIN = 1，其序号seq = u，等待B的确认。

第二次挥手：B发出确认

  确认报文段中，ACK=1，确认号ack = u +1，而这个报文段自己的序号 seq = v。

  TCP服务器进程通知高层应用进程，从A到B这个方向的连接就释放了，TCP连接处于半关闭状态；

B若发送数据，A仍要接收。

第三次挥手：若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

  在确认报文段中 FIN=1，ACK= 1，确认号ack=u +1，自己的序号seq=w；

第四次挥手： A收到连接释放报文段后，必须发出确认

在确认报文段中 ACK=1，确认号ack=w+1，自己的序号 seq =u+1。 

二、面试中常问问题

1、为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？

  这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的连接请求后，它可以把ACK和SYN(ACK起应答作用，而SYN起同步作用)放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可能未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

 

2、为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？ 

MSL 报文最大生存时间，他是任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃

  这是因为虽然双方都同意关闭连接了，而且挥手的4个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到，因此对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。

3、为什么不能用两次握手进行连接？

  我们知道，3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。
  如果把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。

作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。