TCP通信的三次握手和四次撒手的詳細流程(頓悟)


TCP(Transmission Control Protocol) 傳輸控制協議

三次握手

TCP是主機對主機層的傳輸控制協議,提供可靠的連接服務,采用三次握手確認建立一個連接:

位碼即tcp標志位,有6種標示:SYN(synchronous建立聯機) ACK(acknowledgement 確認) PSH(push傳送) FIN(finish結束) RST(reset重置) URG(urgent緊急)

Sequence number(順序號碼) Acknowledge number(確認號碼)

第一次握手:主機A發送位碼為syn=1,隨機產生seq number=1234567的數據包到服務器,主機B由SYN=1知道,A要求建立聯機;

第二次握手:主機B收到請求后要確認聯機信息,向A發送ack number=(主機A的seq+1),syn=1,ack=1,隨機產生seq=7654321的包

第三次握手:主機A收到后檢查ack number是否正確,即第一次發送的seq number+1,以及位碼ack是否為1,若正確,主機A會再發送ack number=(主機B的seq+1),ack=1,主機B收到后確認seq值與ack=1則連接建立成功。

完成三次握手,主機A與主機B開始傳送數據。


在TCP/IP協議中,TCP協議提供可靠的連接服務,采用三次握手建立一個連接。 
第一次握手:建立連接時,客戶端發送syn包(syn=j)到服務器,並進入SYN_SEND狀態,等待服務器確認; 
第二次握手:服務器收到syn包,必須確認客戶的SYN(ack=j+1),同時自己也發送一個SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此時服務器進入SYN_RECV狀態; 第三次握手:客戶端收到服務器的SYN+ACK包,向服務器發送確認包ACK(ack=k+1),此包發送完畢,客戶端和服務器進入ESTABLISHED狀態,完成三次握手。 完成三次握手,客戶端與服務器開始傳送數據.

實例:

IP 192.168.1.116.3337 > 192.168.1.123.7788: S 3626544836:3626544836
IP 192.168.1.123.7788 > 192.168.1.116.3337: S 1739326486:1739326486 ack 3626544837
IP 192.168.1.116.3337 > 192.168.1.123.7788: ack 1739326487,ack 1

第一次握手:192.168.1.116發送位碼syn=1,隨機產生seq number=3626544836的數據包到192.168.1.123,192.168.1.123由SYN=1知道192.168.1.116要求建立聯機;

第二次握手:192.168.1.123收到請求后要確認聯機信息,向192.168.1.116發送ack number=3626544837,syn=1,ack=1,隨機產生seq=1739326486的包;

第三次握手:192.168.1.116收到后檢查ack number是否正確,即第一次發送的seq number+1,以及位碼ack是否為1,若正確,192.168.1.116會再發送ack number=1739326487,ack=1,192.168.1.123收到后確認seq=seq+1,ack=1則連接建立成功。

 

圖解:
一個三次握手的過程(圖1,圖2)

 

(圖1)

(圖2)
 

 

第一次握手的標志位(圖3)
我們可以看到標志位里面只有個同步位,也就是在做請求(SYN)
3 
 (圖3)

第二次握手的標志位(圖4)
我們可以看到標志位里面有個確認位和同步位,也就是在做應答(SYN + ACK)
4 
(圖4)

第三次握手的標志位(圖5)
我們可以看到標志位里面只有個確認位,也就是再做再次確認(ACK)
5 
 
(圖5)

一個完整的三次握手也就是 請求---應答---再次確認

四次分手:
 
由於 TCP連接是全雙工的,因此每個方向都必須單獨進行關閉。這個原則是當一方完成它的數據發送任務后就能發送一個 FIN來終止這個方向的連接。收到一個  FIN只意味着這一方向上沒有數據流動,一個 TCP連接在收到一個 FIN后仍能發送數據。首先進行關閉的一方將執行主動關閉,而另一方執行被動關閉。
 
1)客戶端 A發送一個 FIN,用來關閉客戶 A到服務器 B的數據傳送(報文段 4)。
2)服務器 B收到這個 FIN,它發回一個 ACK,確認序號為收到的序號加 1(報文段 5)。和 SYN一樣,一個 FIN將占用一個序號。
3)服務器 B關閉與客戶端 A的連接,發送一個 FIN給客戶端 A(報文段 6)。
4)客戶端 A發回 ACK報文確認,並將確認序號設置為收到序號加 1(報文段 7)。
 
        狀態詳解:
 
        CLOSED: 這個沒什么好說的了,表示初始狀態。
 
  LISTEN: 這個也是非常容易理解的一個狀態,表示服務器端的某個SOCKET處於監聽狀態,可以接受連接了。
 
   SYN_RCVD: 這個狀態表示接受到了SYN報文,在正常情況下,這個狀態是服務器端的SOCKET在建立TCP連接時的三次握手會話過程中的一個中間狀態,很短暫,基本 上用netstat你是很難看到這種狀態的,除非你特意寫了一個客戶端測試程序,故意將三次TCP握手過程中最后一個ACK報文不予發送。因此這種狀態 時,當收到客戶端的ACK報文后,它會進入到ESTABLISHED狀態。
 
  SYN_SENT: 這個狀態與SYN_RCVD遙想呼應,當客戶端SOCKET執行CONNECT連接時,它首先發送SYN報文,因此也隨即它會進入到了SYN_SENT狀態,並等待服務端的發送三次握手中的第2個報文。SYN_SENT狀態表示客戶端已發送SYN報文。
 
   ESTABLISHED:這個容易理解了,表示連接已經建立了。
 
   FIN_WAIT_1: 這個狀態要好好解釋一下,其實FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2狀態的真正含義都是表示等待對方的FIN報文。而這兩種狀態的區別 是:FIN_WAIT_1狀態實際上是當SOCKET在ESTABLISHED狀態時,它想主動關閉連接,向對方發送了FIN報文,此時該SOCKET即 進入到FIN_WAIT_1狀態。而當對方回應ACK報文后,則進入到FIN_WAIT_2狀態,當然在實際的正常情況下,無論對方何種情況下,都應該馬 上回應ACK報文,所以FIN_WAIT_1狀態一般是比較難見到的,而FIN_WAIT_2狀態還有時常常可以用netstat看到。
   FIN_WAIT_2:上面已經詳細解釋了這種狀態,實際上FIN_WAIT_2狀態下的SOCKET,表示半連接,也即有一方要求close連接,但另外還告訴對方,我暫時還有點數據需要傳送給你,稍后再關閉連接。
   TIME_WAIT: 表示收到了對方的FIN報文,並發送出了ACK報文,就等2MSL后即可回到CLOSED可用狀態了。如果FIN_WAIT_1狀態下,收到了對方同時帶FIN標志和ACK標志的報文時,可以直接進入到TIME_WAIT狀態,而無須經過FIN_WAIT_2狀態。
  CLOSING: 這種狀態比較特殊,實際情況中應該是很少見,屬於一種比較罕見的例外狀態。正常情況下,當你發送FIN報文后,按理來說是應該先收到(或同時收到)對方的 ACK報文,再收到對方的FIN報文。但是CLOSING狀態表示你發送FIN報文后,並沒有收到對方的ACK報文,反而卻也收到了對方的FIN報文。什 么情況下會出現此種情況呢?其實細想一下,也不難得出結論:那就是如果雙方幾乎在同時close一個SOCKET的話,那么就出現了雙方同時發送FIN報 文的情況,也即會出現CLOSING狀態,表示雙方都正在關閉SOCKET連接。
   CLOSE_WAIT: 這種狀態的含義其實是表示在等待關閉。怎么理解呢?當對方close一個SOCKET后發送FIN報文給自己,你系統毫無疑問地會回應一個ACK報文給對 方,此時則進入到CLOSE_WAIT狀態。接下來呢,實際上你真正需要考慮的事情是察看你是否還有數據發送給對方,如果沒有的話,那么你也就可以 close這個SOCKET,發送FIN報文給對方,也即關閉連接。所以你在CLOSE_WAIT狀態下,需要完成的事情是等待你去關閉連接。
   LAST_ACK: 這個狀態還是比較容易好理解的,它是被動關閉一方在發送FIN報文后,最后等待對方的ACK報文。當收到ACK報文后,也即可以進入到CLOSED可用狀態了。
 
 
總結:
 
1.為什么建立連接協議是三次握手,而關閉連接卻是四次握手呢?
 
這是因為服務端的 LISTEN狀態下的 SOCKET當收到 SYN報文的建連請求后,它可以把 ACKSYNACK起應答作用,而 SYN起同步作用)放在一個報文里來發送。但關閉連接時,當收到對方的 FIN報文通知時,它僅僅表示對方沒有數據發送給你了;但未必你所有的數據都全部發送給對方了,所以你可以未必會馬上會關閉 SOCKET,也即你可能還需要發送一些數據給對方之后,再發送 FIN報文給對方來表示你同意現在可以關閉連接了,所以它這里的 ACK報文和 FIN報文多數情況下都是分開發送的.
 
2.為什么TIME_WAIT狀態還需要等2MSL后才能返回到CLOSED狀態?
 
這是因為雖然雙方都同意關閉連接了,而且握手的 4個報文也都協調和發送完畢,按理可以直接回到 CLOSED狀態(就好比從 SYN_SEND狀態到 ESTABLISH狀態那樣);但是因為我們必須要假想網絡是不可靠的,你無法保證你最后發送的 ACK報文會一定被對方收到,因此對方處於 LAST_ACK狀態下的 SOCKET可能會因為超時未收到 ACK報文,而重發 FIN報文,所以這個 TIME_WAIT狀態的作用就是用來重發可能丟失的 ACK報文。


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