正如大家所熟悉的,采用的是C/S模式即"客户机-服务器模式"的tcp连接是计算机网络的基础,本文将直奔主题讲述TCP连接建立与释放(“三握四挥”):
初始状态:
协议准备建立:
第一次握手
客户机需要与服务器建立连接。A的TCP进程创建TCB(传输控制块),然后向B发出连接请求报文段。段首部中的 同步位SYN=1,同时选择一个初始序列号seq=x;表明传送数据时的第一个数据字节的序号是 x。(SYN报文段不能携带数据,但需要消耗一个序列号)这时客户端A进入到 SYN-SENT(同步已发送)状态,这就是第一次握手:
第二次握手
B收到连接请求报文段,如果同意建立连接,则向A发送确认。在确认报文段中 同步位SYN=1、确认位ACK=1、确认号ack=x+1(对接收的序列号seq=x的报文段进行确认,并期望接收的下一个报文段的序号seq=x+1),同时也为自己选择一个初始序列号seq=y,这时服务器B进入 SYN-RCVID 状态。
注:该报文段是ACK报文段的同时也是SYN报文段,所以该报文段也不能携带数据。
第三次握手
A收到B的确认以后,再向B发出确认。确认报文 ACK=1、确认号ack=y+1(对接收的序列号seq=y的报文段进行确认,并期望接收的下一个报文段的序号seq=y+1)。这时A进入到 ESTAB-LISHED 状态。当B接收到A的确认后,也进入 ESTAB-LISHED 状态。连接建立完成。同时tcp将向上层应用报告连接已经建立,可以开始传输数据了。
注:ACK报文段可以携带数据,但如果不携带数据则不消耗序列号,在这种情况下,下一个报文段的序号不变,seq仍是x+1。
下面对 同步位SYN、确认位ACK、确认号ack 以及 三次握手时出现的五个状态 进行下解释
同步位SYN:在建立连接时用来同步序号;当SYN=1,ACK=0时,表明这是一个连接请求报文段。当SYN=1,ACK=1时,表明这是一个连接接收报文段;
确认位ACK:当ACK=1时,确认号ack才生效。在请求建立连接后(第一次握手后),所有的报文段都必须把ACK置1。
确认号ack:期望收到的下一个报文段的第一个数据字节的序号,比如:B正确接收到了A发送过来的一个报文段,序号是501,数据长度是200字节;这表明B正确接收到了序号501-700的数据。所以,B期望的下一个序号是701,于是B在发送给A的确认报文段中确认号ack=701。
CLOSED:初始关闭状态
LISTEN:监听状态,等待客户连接
SYB-SENT:同步已发送
SYN-RCVD:同步已接收
ESTAB-LISHED:已建立连接
数据传输结束后,通信的双方都可以释放连接:
第一次挥手:A先发送连接释放报文段,段首部的终止控制位FIN=1,序号seq=u(等于A前面发送数据的最后一个序号加1);然后A进入 FIN-WAIT-1(终止等待1)状态,等待B的确认。
注:FIN报文段即使不携带数据也要消耗一个序列。
第二次挥手:B收到A的连接释放报文段后,立刻发出确认报文段,确认号ack=u+1,序号seq=v(等于B前面发送数据的最后一个序号加1);然后B进入CLOSE-WAIT(关闭等待)状态。
注:TCP服务器这时会通知高层应用进程,从A到B这个方向的连接就断开了,这时TCP连接处于半关闭(half-close)状态;但B到A这个方向的连接并没有断,B任然可以向A发送数据。
第三次挥手:A收到B的确认报文段后进入到 FIN-WAIT-2(终止等待2)状态,继续等待B发出连接释放报文段;若B已经没有数据要发送,B就会向A发送连接释放报文段,段首部的终止控制位 FIN=1,序号seq=w(半关闭状态可能又发送了一些数据),确认号ack=u+1,这时B进入LAST-ACK(最后确认)状态,等待A的确认。
特别注意:确认号ack没有变,仍然为上次发送过的确认号u+1。
第四次挥手:A收到B的连接释放报文段并发出确认,确认段中 确认位ACK=1,确认号ack=w+1,序号seq=u+1;然后A进入到TIME-WAIT(时间等待)状态。当B再接收到该确认段后,B就进入CLOSED状态。
注:处于TIME-WAIT状态的A必须等待2MSL时间后,才会进入CLOSED状态。MSL(Maximum Segment Lifetime)最长报文段寿命,RFC 793 建议设为两分钟,对于现在的网络,MSL=2分钟可能太长了一些,我们可根据具体情况使用更小的MSL值。
四挥的七个状态:
ESTAB-LISHED:已建立连接
FIN-WAIT-1:终止等待1
CLOSE-WAIT:关闭等待
FIN-WAIT-2:终止等待2
LAST-ACK:最后确认
TIME-WAIT:时间等待
CLOSED:关闭
为什么A要等待2MSL的时间?
- 为了保证A发送的最后一个报文段能够到达B。因为这个 ACK 有可能丢失,从而导致处在 LAST-ACK 状态的服务器收不到对 FIN-ACK 的确认报文。服务器会超时重传这个 FIN-ACK,接着客户端再重传一次确认,重新启动时间等待计时器。最后客户端和服务器都能正常的关闭。假设客户端不等待 2MSL,而是在发送完 ACK 之后直接释放关闭,一旦这个 ACK 丢失的话,服务器就无法正常的进入关闭连接状态。
- 可以防止已失效的报文段。客户端在发送最后一个 ACK 之后,再经过 2MSL,就可以使本连接持续时间内所产生的所有报文段都从网络中消失,从保证在关闭连接后,不会有仍在网络中滞留的报文段去骚扰服务器。
为什么要四次挥手?
- A 向 B 发送一个连接释放请求报文,代表 A 的数据传送完了,请求释放连接;
- B 收到后,B 立即向 A 发送一个确认报文,代表 B 已经知道 A 没有数据要传送了,但是 B 可能还有数据要向 A 传送;
- B 的数据传送完后,向 A 发送一个连接释放请求报文,代表 B 的数据也传送完了,请求释放连接;
- A 收到后,也立即向 B 发送一个确认报文,同时等待 2MSL 后,连接断开。
注:TCP 是全双工通信,因此必须两个方向分别断开连接。
为什么建立连接三次,断开连接四次?
- 因为建立连接时,服务器的确认 ACK 和请求同步 SYN 可以放在一个报文里,而断开连接时,服务器可能还有数据要传送,因此,必须先发一个客户端断开连接请求的确认 ACK,以免客户端超时重传,待服务器的数据传送完毕后,再发送一个请求断开连接的报文段。
- 断开时次数比连接多一次,是因为连接过程,通信只需要处理「连接」,而断开过程,通信需要处理「数据+连接」。