TCP三次握手四次握手

Posted 2020-11-01 StoneGeek

　前言

　　TCP用于应用程序之间的通信。当应用程序希望通过TCP与另一个应用程序通信时，它会发送一个通信请求。这个请求必须被送到一个确切的地址。在双方“握手”之后，TCP将在两个应用程序之间建立一个全双工的通信 。这个全双工的的通信将占用两个计算机之间的通信线路，直到它被一方或双方关闭为止 。

由于TCP提供的是一种面向连接的、可靠的字节流服务。

　　所以本文讲解连接建立时的“三次握手”、连接释放时的“四次握手”。

一、TCP的运输连接管理

介绍一下TCP中的六个控制位

　　SYN表示建立连接

　　FIN表示关闭连接

　　ACK表示相应

　　PSH表示有DATA数据传输

　　URG表示紧急指针有效

1、TCP的连接建立（三次握手）

　　简要说明：

　　第一次握手：客户端发送syn包（syn=x）到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认（发送请求包syn）；

　　第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态（发送确认包ack，请求包syn）；

　　第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK（y+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手（发送确认包）。

　　三次握手的原因：

　　上面给出的连接建立过程叫做三次握手。

　　为什么A还要发送一次确认呢？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，因而产生错误。

　　所谓“已失效的连接请求报文段”是这样产生的。考虑一种正常情况。A发出连接请求，但因连接请求报文丢失而未收到确认。于是A再重传一次连接请求。后来收到了确认，建立了连接。数据传输完毕后，就释放了连接。A共发送了两个连接请求报文段，其中第一个丢失，第二个到达了B。没有“已失效的连接请求报文段”。

　　现假定出现一种异常情况，即A发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某些网络结点长时间滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达B。本来这是一个早已失效的报文段。但B受到此失效的连接请求报文段后，就误认为A又发出一次新的连接请求。于是就向A发出确认报文段，同意建立连接。假定不采用三次握手，那么只要B发出确认，新的连接就建立了。

　　由于现在A并没有发出建立连接的请求，以你次不会理睬B的确认，也不会向B的确认发出确认。B由于收不到确认，就知道A并没有要求建立连接。

　　详细说明：

　　上图画出了TCP的建立连接过程。假定主机A运行的是TCP客户程序，而B运行TCP服务器程序。最初两端的TCP进程都处于CLOSED（关闭）状态。图中在主机下面的方框分别是TCP进程所处的状态。请注意，A主动打开连接，而B被动打开连接。

　　B的TCP服务器进程先创建传输控制块TCB（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，等等），准备接受客户进程的连接请求。然后服务器进程就处于LISTEN（收听）状态，等待客户的连接请求。如有，即作出响应。

　　A的TCP客户进程也是首先创建传输控制模块TCB，然后向B发出连接请求报文段，这时首部中的同步位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。

　　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，这个报文段也不能写到数据，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。

　　TCP客户进程收到B的确认后，还要向B给出确认。确认报文段的ACK置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。但如果不携带数据则不消耗序号，在这种情况下，下一个数据报文段的序号仍是seq=x+1。这时，TCP连接已经建立，A进入ESTABLISHED状态。

　　当B收到A的确认后，也进入ESTABLISHED状态。

2、TCP的连接释放（四次握手）

　　

　　简要说明（全双工）：

　　第一次挥手：主动方发送一个FIN，用来关闭主动方到被动方的数据传送，也就是主动关闭方告诉被动关闭方，我已经不会给你发送数据了，此时主动关闭方还是可以接收数据的（请求断开主动方->被动方的连接）；

　　第二次挥手 ：被动关闭方收到FIN包后，发送一个ACK给对方，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号）（主动方->被动方连接关闭）；

　　第三次挥手：被动关闭方发送一个FIN，用来关闭被动方到主动方的数据传送，也就是告诉主动关闭方，我的数据也发送完了，不会再给你发送数据了（请求断开被动方->主动方的连接）；

　　第四次挥手：主动关闭方收到FIN后，发送一个ACK给被动关闭方，确认序号为收到序号+1，至此，完成四次挥手（被动方->主动方连接关闭）。

　　四次挥手的原因：

　　关闭连接时，当被动关闭方端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉主动关闭方端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我被动关闭方端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

　　详细说明：

　　数据传输结束后，通信的双方都可释放连接。现在A和B都处于ESTABLISHED状态。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终止控制位FIN置1，其序号seq=u，它等于前面已传送过得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B的确认。请注意。TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，它也消耗掉一个序号。

　　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，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就进入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连接处于半关闭状态，即A已经没有数据要发送了，但B若发送数据，A仍要接收。也就是说，从B到A这个方向的连接并未关闭，这个状态可能会持续一些时间。

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

　　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。这时B发出的连接释放报文段必须使FIN=1.现假定B的序号为w（在瓣关闭状态B可能又发送了一些数据）。B还必须重复上次已发送过得确认号ack=u+1.这时B就进入LAST-ACK（最后确认）状态，等待A的确认。

　　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1，确认号ack=w+1.而自己的序号是seq=u+1。然后进入到TIME-WAIT（时间等待）状态。请注意，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（原因为了使B按照正常步骤进入CLOSED、也为了出现已失效的连接请求报文段），A才进入到CLOSED状态。时间MSL叫做最长报文段寿命，RFC793建议设为2分钟。一次。从A进入到TIME-WAIT状态后，要经过4分钟才能进入到CLOSED状态，才能建立下一个新的连接。当A撤销相应的传输控制块TCB后，就结束了这次的TCP连接。

　　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TCB后，就结束了这次的TCP连接，我们注意到，B结束TCP连接的时间要比A早一些。

　　本文参考谢希仁编著的《计算机网络》