一文搞懂TCP的三次握手和四次挥手

TCP的三次握手和四次挥手实质就是TCP通信的连接和断开。

三次握手:为了对每次发送的数据量进行跟踪与协商,确保数据段的发送和接收同步,根据所接收到的数据量而确认数据发送、接收完毕后何时撤消联系,并建立虚连接。

四次挥手:即终止TCP连接,就是指断开一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。

一文搞懂TCP的三次握手和四次挥手 第1张
TCP三次握手、四次挥手时序图

1、三次握手

TCP协议位于传输层,作用是提供可靠的字节流服务,为了准确无误地将数据送达目的地,TCP协议采纳三次握手策略。

三次握手原理:

第1次握手:客户端发送一个带有SYN(synchronize)标志的数据包给服务端;

第2次握手:服务端接收成功后,回传一个带有SYN/ACK标志的数据包传递确认信息,表示我收到了;

第3次握手:客户端再回传一个带有ACK标志的数据包,表示我知道了,握手结束。

其中:SYN标志位数置1,表示建立TCP连接;ACK标志表示验证字段。

可通过以下趣味图解理解三次握手:

一文搞懂TCP的三次握手和四次挥手 第2张

三次握手过程详细说明:

1、客户端发送建立TCP连接的请求报文,其中报文中包含seq序列号,是由发送端随机生成的,并且将报文中的SYN字段置为1,表示需要建立TCP连接。(SYN=1,seq=x,x为随机生成数值);

2、服务端回复客户端发送的TCP连接请求报文,其中包含seq序列号,是由回复端随机生成的,并且将SYN置为1,而且会产生ACK字段,ACK字段数值是在客户端发送过来的序列号seq的基础上加1进行回复,以便客户端收到信息时,知晓自己的TCP建立请求已得到验证。(SYN=1,ACK=x+1,seq=y,y为随机生成数值)这里的ack加1可以理解为是确认和谁建立连接;

3、客户端收到服务端发送的TCP建立验证请求后,会使自己的序列号加1表示,并且再次回复ACK验证请求,在服务端发过来的seq上加1进行回复。(SYN=1,ACK=y+1,seq=x+1)。

2、四次挥手

由于TCP连接是全双工的,因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动,一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方执行被动关闭。

四次挥手原理:

第1次挥手:客户端发送一个FIN,用来关闭客户端到服务端的数据传送,客户端进入FIN_WAIT_1状态;

第2次挥手:服务端收到FIN后,发送一个ACK给客户端,确认序号为收到序号+1(与SYN相同,一个FIN占用一个序号),服务端进入CLOSE_WAIT状态;

第3次挥手:服务端发送一个FIN,用来关闭服务端到客户端的数据传送,服务端进入LAST_ACK状态;

第4次挥手:客户端收到FIN后,客户端t进入TIME_WAIT状态,接着发送一个ACK给Server,确认序号为收到序号+1,服务端进入CLOSED状态,完成四次挥手。

其中:FIN标志位数置1,表示断开TCP连接。

可通过以下趣味图解理解四次挥手:

一文搞懂TCP的三次握手和四次挥手 第3张

四次挥手过程详细说明:

1、客户端发送断开TCP连接请求的报文,其中报文中包含seq序列号,是由发送端随机生成的,并且还将报文中的FIN字段置为1,表示需要断开TCP连接。(FIN=1,seq=x,x由客户端随机生成);

2、服务端会回复客户端发送的TCP断开请求报文,其包含seq序列号,是由回复端随机生成的,而且会产生ACK字段,ACK字段数值是在客户端发过来的seq序列号基础上加1进行回复,以便客户端收到信息时,知晓自己的TCP断开请求已经得到验证。(FIN=1,ACK=x+1,seq=y,y由服务端随机生成);

3、服务端在回复完客户端的TCP断开请求后,不会马上进行TCP连接的断开,服务端会先确保断开前,所有传输到A的数据是否已经传输完毕,一旦确认传输数据完毕,就会将回复报文的FIN字段置1,并且产生随机seq序列号。(FIN=1,ACK=x+1,seq=z,z由服务端随机生成);

4、客户端收到服务端的TCP断开请求后,会回复服务端的断开请求,包含随机生成的seq字段和ACK字段,ACK字段会在服务端的TCP断开请求的seq基础上加1,从而完成服务端请求的验证回复。(FIN=1,ACK=z+1,seq=h,h为客户端随机生成)
至此TCP断开的4次挥手过程完毕。

3、11种状态名词解析

LISTEN:等待从任何远端TCP 和端口的连接请求。SYN_SENT:发送完一个连接请求后等待一个匹配的连接请求。SYN_RECEIVED:发送连接请求并且接收到匹配的连接请求以后等待连接请求确认。ESTABLISHED:表示一个打开的连接,接收到的数据可以被投递给用户。连接的数据传输阶段的正常状态。FIN_WAIT_1:等待远端TCP 的连接终止请求,或者等待之前发送的连接终止请求的确认。FIN_WAIT_2:等待远端TCP 的连接终止请求。CLOSE_WAIT:等待本地用户的连接终止请求。CLOSING:等待远端TCP 的连接终止请求确认。LAST_ACK:等待先前发送给远端TCP 的连接终止请求的确认(包括它字节的连接终止请求的确认)TIME_WAIT:等待足够的时间过去以确保远端TCP 接收到它的连接终止请求的确认。TIME_WAIT 两个存在的理由:1.可靠的实现tcp全双工连接的终止;2.允许老的重复分节在网络中消逝。CLOSED:不在连接状态


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