TCP三次握手四次挥手

前言

昨天腾讯笔试考了四次握手的状态名词,虽然对过程有所了解,但是没有总结其中的状态变化,系统的复习下

三次握手

所谓三次握手(Three-way Handshake),是指建立一个 TCP 连接时,需要客户端和服务器总共发送3个包。

三次握手的目的是连接服务器指定端口,建立 TCP连接,并同步连接双方的序列号和确认号,交换 TCP窗口大小信息。在 socket 编程中,客户端执行 connect() 时。将触发三次握手。

第一次握手(SYN=1, seq=x):

客户端发送一个 TCPSYN 标志位置1的包,指明客户端打算连接的服务器的端口,以及初始序号 X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。
发送完毕后,客户端进入 SYN_SEND 状态。

第二次握手(SYN=1, ACK=1, seq=y, ACKnum=x+1):

服务器发回确认包(ACK)应答。即 SYN 标志位和 ACK 标志位均为1。服务器端选择自己 ISN 序列号,放到Seq 域里,同时将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的 ISN 加1,即X+1。
发送完毕后,服务器端进入 SYN_RCVD 状态。

第三次握手(ACK=1,ACKnum=y+1)

客户端再次发送确认包(ACK),SYN标志位为0,ACK标志位为1,并且把服务器发来 ACK的序号字段+1,放在确定字段中发送给对方,并且在数据段放写ISN
发送完毕后,客户端进入 ESTABLISHED 状态,当服务器端接收到这个包时,也进入 ESTABLISHED 状态,TCP握手结束。

四次挥手

TCP的连接的拆除需要发送四个包,因此称为四次挥手(Four-way handshake),也叫做改进的三次握手。客户端或服务器均可主动发起挥手动作,在 socket 编程中,任何一方执行 close() 操作即可产生挥手操作。

第一次挥手(FIN=1,seq=x)

假设客户端想要关闭连接,客户端发送一个 FIN 标志位置为1的包,表示自己已经没有数据可以发送了,但是仍然可以接受数据。

发送完毕后,客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。

第二次挥手(ACK=1,ACKnum=x+1)

服务器端确认客户端的 FIN包,发送一个确认包,表明自己接受到了客户端关闭连接的请求,但还没有准备好关闭连接。

发送完毕后,服务器端进入 CLOSE_WAIT 状态,客户端接收到这个确认包之后,进入 FIN_WAIT_2 状态,等待服务器端关闭连接。

第三次挥手(FIN=1,seq=y)

服务器端准备好关闭连接时,向客户端发送结束连接请求,FIN置为1。

发送完毕后,服务器端进入 LAST_ACK 状态,等待来自客户端的最后一个ACK

第四次挥手(ACK=1,ACKnum=y+1)

客户端接收到来自服务器端的关闭请求,发送一个确认包,并进入 TIME_WAIT状态,等待可能出现的要求重传的 ACK包。

服务器端接收到这个确认包之后,关闭连接,进入 CLOSED 状态。

客户端等待了某个固定时间(两个最大段生命周期,2MSL,2 Maximum Segment Lifetime)之后,没有收到服务器端的 ACK,认为服务器端已经正常关闭连接,于是自己也关闭连接,进入 CLOSED状态。

扩展阅读

【问题1】为什么连接的时候是三次握手,关闭的时候却是四次握手?
答:因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后,可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的,SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时,当Server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Client端,"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server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。
【问题2】为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态?
答:虽然按道理,四个报文都发送完毕,我们可以直接进入CLOSE状态了,但是我们必须假象网络是不可靠的,有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。

参考资料

TCP协议
TCP协议中的三次握手和四次挥手(图解)

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