TCP協(xié)議的三次握手和四次揮手過程

作者：睡一個號角 2017-09-25 21:27:07

TCP是一種面向連接(連接導向)的、可靠的基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。TCP將用戶數(shù)據(jù)打包成報文段，它發(fā)送后啟動一個定時器，另一端收到的數(shù)據(jù)進行確認、對失序的數(shù)據(jù)重新排序、丟棄重復數(shù)據(jù)。

1、TCP/IP協(xié)議族

TCP/IP是一個協(xié)議族，通常分不同層次進行開發(fā)，每個層次負責不同的通信功能。包含以下四個層次：

鏈路層：

也稱作數(shù)據(jù)鏈路層或者網(wǎng)絡接口層，通常包括操作系統(tǒng)中的設備驅動程序和計算機中對應的網(wǎng)絡接口卡。它們一起處理與電纜(或其他任何傳輸媒介)的物理接口細節(jié)。

網(wǎng)絡層：

也稱作互聯(lián)網(wǎng)層，處理分組在網(wǎng)絡中的活動，例如分組的選路。網(wǎng)絡層協(xié)議包括IP協(xié)議(網(wǎng)際協(xié)議)、ICMP協(xié)議(Internet互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議)，以及IGMP協(xié)議(Internet組管理協(xié)議)。

運輸層主要為兩臺主機上的應用程序提供端到端的通信：

有兩個互不相同的傳輸協(xié)議：TCP(傳輸控制協(xié)議)和UDP(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)。TCP為兩臺主機提供高可靠性的數(shù)據(jù)通信。他所作的工作包括把應用程序交給它的數(shù)據(jù)分成合適的小塊交給下面的網(wǎng)絡層，確認接收到的分組，設置發(fā)送***確認分組的超時時鐘等。由于運輸層提供了高可靠性的端到端通信，因此應用層可以忽略所有這些細節(jié)。而另一方面，UDP則為應用層提供一種非常簡單的服務。它只是把稱作數(shù)據(jù)報的分組從一臺主機發(fā)送到另一臺主機，但并不保證該數(shù)據(jù)報能到達另一端。任何必須的可靠性必須由應用層來提供。

應用層負責處理特定的應用程序細節(jié)：

包括Telnet(遠程登錄)、FTP(文件傳輸協(xié)議)、SMTP(簡單郵件傳送協(xié)議)以及SNMP(簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議)等。

2、TCP協(xié)議簡介

TCP的特點有：

TCP是面向連接的運輸層協(xié)議
每一條TCP連接只能有兩個端點，每一條TCP連接只能是點對點的
TCP提供可靠交付的服務
TCP提供全雙工通信。數(shù)據(jù)在兩個方向上獨立的進行傳輸。因此，連接的每一端必須保持每個方向上的傳輸數(shù)據(jù)序號。
面向字節(jié)流。面向字節(jié)流的含義：雖然應用程序和TCP交互是一次一個數(shù)據(jù)塊，但TCP應用程序交下來的數(shù)據(jù)僅僅是一連串的無結構的字節(jié)流。

TCP報文首部，如下圖所示:

源端口號：數(shù)據(jù)發(fā)起者的端口號，16bit
目的端口號：數(shù)據(jù)接收者的端口號，16bit
序號：32bit的序列號，由發(fā)送方使用
確認序號：32bit的確認號，是接收數(shù)據(jù)方期望收到發(fā)送方的下一個報文段的序號，因此確認序號應當是上次已成功收到數(shù)據(jù)字節(jié)序號加1。
首部長度：首部中32bit字的數(shù)目，可表示15*32bit=60字節(jié)的首部。一般首部長度為20字節(jié)。
保留：6bit, 均為0
緊急URG：當URG=1時，表示報文段中有緊急數(shù)據(jù)，應盡快傳送。
確認比特ACK：ACK = 1時代表這是一個確認的TCP包，取值0則不是確認包。
推送比特PSH：當發(fā)送端PSH=1時，接收端盡快的交付給應用進程。
復位比特(RST)：當RST=1時，表明TCP連接中出現(xiàn)嚴重差錯，必須釋放連接，再重新建立連接。
同步比特SYN：在建立連接是用來同步序號。SYN=1， ACK=0表示一個連接請求報文段。SYN=1，ACK=1表示同意建立連接。
終止比特FIN：FIN=1時，表明此報文段的發(fā)送端的數(shù)據(jù)已經發(fā)送完畢，并要求釋放傳輸連接。
窗口：用來控制對方發(fā)送的數(shù)據(jù)量，通知發(fā)放已確定的發(fā)送窗口上限。
檢驗和：該字段檢驗的范圍包括首部和數(shù)據(jù)這兩部分。由發(fā)端計算和存儲，并由收端進行驗證。
緊急指針：緊急指針在URG=1時才有效，它指出本報文段中的緊急數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。
選項：長度可變，最長可達40字節(jié)。

3、三次握手過程詳解

所謂三次握手(Three-Way Handshake)即建立TCP連接，就是指建立一個TCP連接時，需要客戶端和服務端總共發(fā)送3個包以確認連接的建立。在socket編程中，這一過程由客戶端執(zhí)行connect來觸發(fā)，整個流程如下圖所示：

(1)***次握手：

Client將標志位SYN置為1，隨機產生一個值seq=J，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Server，Client進入SYN_SENT狀態(tài)，等待Server確認。

(2)第二次握手：

Server收到數(shù)據(jù)包后由標志位SYN=1知道Client請求建立連接，Server將標志位SYN和ACK都置為1，ack=J+1，隨機產生一個值seq=K，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Client以確認連接請求，Server進入SYN_RCVD狀態(tài)。

(3)第三次握手：

Client收到確認后，檢查ack是否為J+1，ACK是否為1，如果正確則將標志位ACK置為1，ack=K+1，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Server，Server檢查ack是否為K+1，ACK是否為1，如果正確則連接建立成功，Client和Server進入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手，隨后Client與Server之間可以開始傳輸數(shù)據(jù)了。

4、四次揮手過程詳解

所謂四次揮手(Four-Way Wavehand)即終止TCP連接，就是指斷開一個TCP連接時，需要客戶端和服務端總共發(fā)送4個包以確認連接的斷開。在socket編程中，這一過程由客戶端或服務端任一方執(zhí)行close來觸發(fā)，整個流程如下圖所示：

由于TCP連接時全雙工的，因此，每個方向都必須要單獨進行關閉，這一原則是當一方完成數(shù)據(jù)發(fā)送任務后，發(fā)送一個FIN來終止這一方向的連接，收到一個FIN只是意味著這一方向上沒有數(shù)據(jù)流動了，即不會再收到數(shù)據(jù)了，但是在這個TCP連接上仍然能夠發(fā)送數(shù)據(jù)，直到這一方向也發(fā)送了FIN。首先進行關閉的一方將執(zhí)行主動關閉，而另一方則執(zhí)行被動關閉，上圖描述的即是如此。

***次揮手：

Client發(fā)送一個FIN，用來關閉Client到Server的數(shù)據(jù)傳送，Client進入FIN_WAIT_1狀態(tài)。

第二次揮手：

Server收到FIN后，發(fā)送一個ACK給Client，確認序號為收到序號+1(與SYN相同，一個FIN占用一個序號)，Server進入CLOSE_WAIT狀態(tài)。

第三次揮手：

Server發(fā)送一個FIN，用來關閉Server到Client的數(shù)據(jù)傳送，Server進入LAST_ACK狀態(tài)。

第四次揮手：

Client收到FIN后，Client進入TIME_WAIT狀態(tài)，接著發(fā)送一個ACK給Server，確認序號為收到序號+1，Server進入CLOSED狀態(tài)，完成四次揮手。

結語

為什么建立連接是三次握手，而關閉連接卻是四次揮手呢?

這是因為服務端在LISTEN狀態(tài)下，收到建立連接請求的SYN報文后，把ACK和SYN放在一個報文里發(fā)送給客戶端。而關閉連接時，當收到對方的FIN報文時，僅僅表示對方不再發(fā)送數(shù)據(jù)了但是還能接收數(shù)據(jù)，己方也未必全部數(shù)據(jù)都發(fā)送給對方了，所以己方可以立即close，也可以發(fā)送一些數(shù)據(jù)給對方后，再發(fā)送FIN報文給對方來表示同意現(xiàn)在關閉連接，因此，己方ACK和FIN一般都會分開發(fā)送。

責任編輯：未麗燕來源：簡書

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