TCP的三次握手四次断开

Posted 2020-06-16

 TCP是一个面向连接的服务,面向连接的服务是电话系统服务模式的抽象,每一次完整的数据传输都必须经过建立连接,数据传输和终止连接3个过程，建立TCP需要三次握手才能建立，而断开连接则需要四次握手。整个过程如下图所示：

TCP三次握手过程

1 主机A通过向主机B 发送一个含有同步序列号的标志位的数据段给主机B ,向主机B 请求建立连接,通过这个数据段,主机A告诉主机B 两件事:我想要和你通信;你可以用哪个序列号作为起始数据段来回应我.
2 主机B 收到主机A的请求后,用一个带有确认应答(ACK)和同步序列号(SYN)标志位的数据段响应主机A,也告诉主机A两件事:我已经收到你的请求了,你可以传输数据了;你要用哪个序列号作为起始数据段来回应我
3 主机A收到这个数据段后,再发送一个确认应答,确认已收到主机B 的数据段:"我已收到回复,我现在要开始传输实际数据了

这样3次握手就完成了,主机A和主机B 就可以传输数据了.

3次握手的特点

没有应用层的数据

SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1，握手完成后SYN标志位被置0

TCP四次断开

断开连接端可以是Client端，也可以是Server端。假设Client端发起中断连接请求，就先发送FIN报文。Server端接到FIN报文后，但是如果还有数据没有发送完成，则不必急着关闭Socket，可以继续发送数据。所以服务器端先发送ACK，告诉Client端：请求已经收到了，但是我还没准备好，请继续等待停止的消息。这个时候Client端就进入FIN_WAIT状态，继续等待Server端的FIN报文。当Server端确定数据已发送完成，则向Client端发送FIN报文，告诉Client端：服务器这边数据发完了，准备好关闭连接了。Client端收到FIN报文后，就知道可以关闭连接了，但是他还是不相信网络，所以发送ACK后进入TIME_WAIT状态， Server端收到ACK后，就知道可以断开连接了。Client端等待了2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，最后，Client端也可以关闭连接了至此，TCP连接就已经完全关闭了！关闭连接的过程如下图所示：

1 当主机A完成数据传输后,将控制位FIN置1,提出停止TCP连接的请求
2 主机B收到FIN后对其作出响应,确认这一方向上的TCP连接将关闭,将ACK置1
3 由B 端再提出反方向的关闭请求,将FIN置1
4 主机A对主机B的请求进行确认,将ACK置1,双方向的关闭结束.

由TCP的三次握手和四次断开可以看出,TCP使用面向连接的通信方式,大大提高了数据通信的可靠性,使发送数据端和接收端在数据正式传输前就有了交互,为数据正式传输打下了可靠的基础

名词解释

ACK TCP报头的控制位之一,对数据进行确认.确认由目的端发出,用它来告诉发送端这个序列号之前的数据段都收到了.比如,确认号为X,则表示前X-1个数据段都收到了,只有当ACK=1时,确认号才有效,当ACK=0时,确认号无效,这时会要求重传数据,保证数据的完整性.
SYN 同步序列号,TCP建立连接时将这个位置1
FIN 发送端完成发送任务位,当TCP完成数据传输需要断开时,提出断开连接的一方将这位置1

问题一：TCP为什么建立连接要进行3次握手，而断开连接需要4次？

解释一：这是由于TCP的半关闭造成的,因为TCP连接是全双工的(即数据可在两个方向上同时传递)所以进行关闭时每个方向上都要单独进行关闭,这个单方向的关闭就叫半关闭.关闭的方法是一方完成它的数据传输后,就发送一个FIN来向另一方通告将要终止这个方向的连接.当一端收到一个FIN,它必须通知应用层TCP连接已终止了这个方向的数据传送,发送FIN通常是应用层进行关闭的结果.

解释二：这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，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，所以你可以未必会马上会关闭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。

问题二：为什么不能两次握手能进行连接？

解释一：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。现在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。

解释二：为了防止失效的连接请求报文段突然又传送到主机 B，因而产生错误。失效的连接请求报文段是指：主机 A 发出的连接请求没有收到主机 B 的确认，于是经过一段时间后，主机 A 又重新向主机 B 发送连接请求，且建立成功，顺序完成数据传输。考虑这样一种特殊情况，主机 A 第一次发送的连接请求并没有丢失，而是因为网络节点导致延迟达到主机 B ，主机 B 以为是主机 A 又发起的新连接，于是主机 B 同意连接，并向主机 A 发回确认，但是此时主机 A 根本不会理会，主机 B 就一直在等待主机 A 发送数据，导致主机 B 的资源浪费

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