用户进程和服务器进程需要完成一次通信都需要完成三个阶段:连接建立、数据传送、连接释放
三次握手
首先先明确几个概念:
序列号seq(4B):用来标记数据段的顺序,TCP把连接中发送的所有数据字节都编上一个序号,第一个字节的编号由本地随机产生,给字节编上序号后,就给每一个报文段指派一个序号,序列号seq就是这个报文段中的第一个字节的数据编号。
确认号ack(4B):期待收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号,序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号,而确认号指的是期望接受到下一个字节的编号,因此挡墙报文段最后一个字节的编号+1即是确认号。
确认ACK(1bit):仅当ACK=1,确认号字段才有效。ACK=0,确认号无效。
同步SYN:连接建立时用于同步序号。SYN=1表示这是一个连接请求,或连接接收报文,SYN这个标志位只有在TCP建立连接才会被置为1,握手完成后SYN标志位被置为0.当SYN=1,ACK=0表示:这是一个连接请求报文段。若同意连接,则在响应报文段中使用SYN=1,ACK=1
终止FIN:用来释放一个连接。
过程
B的TCP服务器进程先创建传输控制块TCB,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。若有,则作出响应。
1)第一次握手:A首先向B发一个SYN (Synchronize) 标记的包,告诉B请求建立连接,一个 SYN包就是仅SYN标记设为1的TCP包(参见TCP包头Resources),SYN=1的报文段不能携带数据,但要消耗掉一个序号,此时TCP客户进程进入SYN-SENT(同步已发送)状态。
2)第二次握手:B收到后会发一个对SYN包的确认包(SYN/ACK)回去,表示对第一个SYN包的确认,并继续握手操作.注意: SYN/ACK包是仅SYN 和 ACK 标记为1的包。在确认报文段中,测试TCP服务器进程进入SYN-RCVD(同步收到)状态;
3)第三次握手:TCP客户进程收到B的确认后,要向B给出确认报文段,ACK报文段可以携带数据,不携带数据则不消耗序号。TCP连接已经建立,A进入ESTABLISHED(已建立连接)。
当B收到A的确认后,也进入建立连接状态。
序列号和确认号的关系:
第一次握手序列号seq=x;
第二次握手序列号seq=y,确认号ack=x+1;
第三次握手序列号seq=x+1,确认号ack=y+1;
序列号seq是上一次的确认号,而确认号是上一次的序列号+1;这是因为SYN=1的报文段不能携带数据,但要消耗掉一个序号,所以下一个报文段要+1;
为什么要进行三次握手?
为了防止已经失效的连接请求报文段突然又传到服务端,因而产生错误”,这种情况是:一端(client)A发出去的第一个连接请求报文并没有丢失,而是因为某些未知的原因在某个网络节点上发生滞留,导致延迟到连接释放以后的某个时间才到达另一端(server)B。本来这是一个早已失效的报文段,但是B收到此失效的报文之后,会误认为是A再次发出的一个新的连接请求,于是B端就向A又发出确认报文,表示同意建立连接。如果不采用“三次握手”,那么只要B端发出确认报文就会认为新的连接已经建立了,但是A端并没有发出建立连接的请求,因此不会去向B端发送数据,B端没有收到数据就会一直等待,这样B端就会白白浪费掉很多资源。如果采用“三次握手”的话就不会出现这种情况,B端收到一个过时失效的报文段之后,向A端发出确认,此时A并没有要求建立连接,所以就不会向B端发送确认,这个时候B端也能够知道连接没有建立。(知乎上对上面的解释的评论:这个解答不是问题的本质,这个课本很多知识比较片面。问题的核心在于保证信道数据传输的可靠性,避免资源浪费仅仅是一个小的弱原因,不重要。)
四次挥手
从客户端到服务端释放连接的过程中,需要四次报文传输。
TCP四次挥手过程
1)A的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段(FIN=1,序号seq=u),并停止再发送数据,主动关闭TCP连接,进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态,等待B的确认。
2)B收到连接释放报文段后即发出确认报文段,(ACK=1,确认号ack=u+1,序号seq=v),B进入CLOSE-WAIT(关闭等待)状态,此时的TCP处于半关闭状态,A到B的连接释放。
3)A收到B的确认后,进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态,等待B发出的连接释放报文段。
4)B没有要向A发出的数据,B发出连接释放报文段(FIN=1,ACK=1,序号seq=w,确认号ack=u+1),B进入LAST-ACK(最后确认)状态,等待A的确认。
5)A收到B的连接释放报文段后,对此发出确认报文段(ACK=1,seq=u+1,ack=w+1),A进入TIME-WAIT(时间等待)状态。此时TCP未释放掉,需要经过时间等待计时器设置的时间2MSL后,A才进入CLOSED状态。
大概就是A和B:
A:“我不和你说话了”
B:“知道了”
此时A单方面不和B说话,当B也没有话对A说的时候
B:“我也不和你说话了”
A:“好的”
两个人互相不说话了
TCP四次挥手总结
客户端发送FIN后,进入终止等待状态,服务器收到客户端连接释放报文段后,就立即给客户端发送确认,服务器就进入CLOSE_WAIT状态,此时TCP服务器进程就通知高层应用进程,因而从客户端到服务器的连接就释放了。此时是“半关闭状态”,即客户端不可以发送给服务器,服务器可以发送给客户端。
此时,如果服务器没有数据报发送给客户端,其应用程序就通知TCP释放连接,然后发送给客户端连接释放数据报,并等待确认。客户端发送确认后,进入TIME_WAIT状态,但是此时TCP连接还没有释放,然后经过等待计时器设置的2MSL后,才进入到CLOSE状态。