unp第七章补充之TCP半开连接与半闭连接

Posted 2020-09-18 invisible_man

半打开(Half-Open)连接和半关闭(Half-Close)连接。TCP是一个全双工(Full-Duplex)协议，因此这里的半连接"半"字就是相对于全双工的"全"来说的。

全双工传输

 

 

英文写法是:Full－Duplex Transmissions

是指交换机在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像我们平时打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。目前的交换机都支持全双工。

全双工的好处在于迟延小，速度快。

与之对应的是【半双工】这个概念:就是指一个时间段内只有一个动作发生，举个简单例子，一天窄窄的马路，同时只能有一辆车通过，当目前有两量车对开，这种 情况下就只能一辆先过，等到头儿后另一辆再开，这个例子就形象的说明了半双工的原理。早期的对讲机、以及早期集线器等设备都是实行半双工的产品。随着技术 的不断进步，半双工会逐渐退出历史舞台。 

全双工与半双工

 

   在串行通信中,数据通常是在两个站(如终端和微机)之间进行传送,按照数据流的方向可分成三种基本的传送方式:全双工、半双工、和单工.但单工目前已很少采用,下面仅介绍前两种方式. 

1 、全双工方式( full duplex )
   当数据的发送和接收分流,分别由两根不同的传输线传送时,通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作,这样的传送方式就是全双工制.在全双工方式下,通信 系统的每一端都设置了发送器和接收器,因此,能控制数据同时在两个方向上传送.全双工方式无需进行方向的切换,因此,没有切换操作所产生的时间延迟,这对 那些不能有时间延误的交互式应用(例如远程监测和控制系统)十分有利.这种方式要求通讯双方均有发送器和接收器,同时,需要 2 根数据线传送数据信号.(可能还需要控制线和状态线,以及地线). 

   比如,计算机主机用串行接口连接显示终端,而显示终端带有键盘.这样,一方面键盘上输入的字符送到主机内存;另一方面,主机内存的信息可以送到屏幕显示. 通常,往键盘上打入 1 个字符以后,先不显示,计算机主机收到字符后,立即回送到终端,然后终端再把这个字符显示出来.这样,前一个字符的回送过程和后一个字符的输入过程是同时 进行的,即工作于全双工方式. 

2 、半双式方式( half duplex ) 
   若使用同一根传输线既作接收又作发送,虽然数据可以在两个方向上传送,但通信双方不能同时收发数据,这样的传送方式就是半双工制.采用半双工方式时,通信 系统每一端的发送器和接收器,通过收 / 发开关转接到通信线上,进行方向的切换,因此,会产生时间延迟.收 / 发开关实际上是由软件控制的电子开关. 
当计算机主机用串行接口连接显示终端时,在半双工方式中,输入过程和输出过程使用同一通路.有些计算机和显示终端之间采用半双工方式工作,这时,从键盘打 入的字符在发送到主机的同时就被送到终端上显示出来,而不是用回送的办法,所以避免了接收过程和发送过程同时进行的情况. 

   目前多数终端和串行接口都为半双工方式提供了换向能力,也为全双工方式提供了两条独立的引脚.在实际使用时,一般并不需要通信双方同时既发送又接收,像打印机这类的单向传送设备,半双工甚至单工就能胜任,也无需倒向.

 

一、半开连接

        从协议定义的角度来说，TCP的半开连接是指TCP连接的一端异常崩溃，或者在未通知对端的情况下关闭连接，这种情况下不可以正常收发数据，否则会产生RST(后面内容我们在介绍RST)。比如一个常见的情况是TCP连接的一端异常断电，就会导致TCP的半开连接。如果没有数据传输，对端就不会知道本端的异常而一直处于ESTABLISHED状态(TCP有存活检测机制，后面内容我们会进行介绍)。

        另外从linux实现的角度来说，因为linux内部有个半连接队列，TCP半开连接是指发送了TCP连接请求，等待对方应答的状态，此时连接并没有完全建立起来,双方还无法进行通信交互的状态，此时就称为半连接。由于一个完整的TCP连接需要经过三次握手才能完成,这里把三次握手之前的连接都称之为半连接。

二、半关连接

        TCP的半关连接是指TCP连接只有一方发送了FIN，另一方没有发出FIN包，仍然可以在一个方向上正常发送数据。这种场景并不常见，一般来说Berkeley sockets API调用shutdown()接口时候就会进入半关闭状态(调用常规的close()一般是期待完整的双向关闭这个TCP连接)，shutdown()接口相当指示程序，本端已经没有数据待发送，所以我发送一个FIN到对端，但是我仍然想要从对端接收数据，直到对端发送一个FIN指示关闭连接为止。如下图所示，在红色背景文本框标注的数据传输场景下就是TCP的半关连接

 

三、wireshrk抓包示例

首先注意半开连接是不能正常传输数据的，而半关连接是可以在其中的一个方向上传输数据的。下面简单附一下wireshark的抓包图示，限于篇幅仅作简要介绍，详细请参考对应的wireshark抓包文件

1.TCP半开

 

通过单台笔记本的双无线网卡测试tcp连接的半开，步骤如下

• server绑定网卡A的地址

• client绑定网卡B的地址并连接server 对应截图中的No 1--No 3包

• client发送"hello"消息 对应截图中的No 4包

• server正常接收到后"hello"消息后 拔掉网卡A 

• kill掉server进程 使server的FIN消息不能发送到client

• 插上网卡A  注意在路由器中绑定IP地址和MAC地址，使得网卡A的地址和之前是一致的,此时client和server即处于半开连接状态

• client向server发送"world"消息   对应截图中的No 6包

• server回复rst消息

 

 

2.TCP半关

正常建立连接后，client首先发送"hello"消息给server，然后server发送FIN给client，关闭了server到client方向的数据传输，但是client仍然可以向server传输数据，此时client和server之间的连接即处于半关连接的状态，接下来client向server发送"world"消息，然后发送FIN给server关闭client到server方向的数据传输。

 

 

补充说明：

1.目前linux最新的实现已经没有半连接队列了，连接请求的pseudo sock已经插入ehash(e代表establish，ehash即已连接hash队列)中了