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TCP协议的三次握手和四次挥手过程

TCP是一种面向连接(连接导向)的、可靠的基于字节流的传输层通信协议。TCP将用户数据打包成报文段,它发送后启动一个定时器,另一端收到的数据进行确认、对失序的数据重新排序、丢弃重复数据。

作者:睡一个号角来源:简书|2017-09-25 21:27

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1、TCP/IP协议族

TCP/IP是一个协议族,通常分不同层次进行开发,每个层次负责不同的通信功能。包含以下四个层次:

TCP协议的三次握手和四次挥手过程

链路层:

也称作数据链路层或者网络接口层,通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆(或其他任何传输媒介)的物理接口细节。

网络层:

也称作互联网层,处理分组在网络中的活动,例如分组的选路。网络层协议包括IP协议(网际协议)、ICMP协议(Internet互联网控制报文协议),以及IGMP协议(Internet组管理协议)。

运输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信:

有两个互不相同的传输协议:TCP(传输控制协议)和UDP(用户数据报协议)。TCP为两台主机提供高可靠性的数据通信。他所作的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层,确认接收到的分组,设置发送最后确认分组的超时时钟等。由于运输层提供了高可靠性的端到端通信,因此应用层可以忽略所有这些细节。而另一方面,UDP则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机,但并不保证该数据报能到达另一端。任何必须的可靠性必须由应用层来提供。

应用层负责处理特定的应用程序细节:

包括Telnet(远程登录)、FTP(文件传输协议)、SMTP(简单邮件传送协议)以及SNMP(简单网络管理协议)等。

2、TCP协议简介

TCP是一种面向连接(连接导向)的、可靠的基于字节流的传输层通信协议。TCP将用户数据打包成报文段,它发送后启动一个定时器,另一端收到的数据进行确认、对失序的数据重新排序、丢弃重复数据。

TCP的特点有:

  1. TCP是面向连接的运输层协议
  2. 每一条TCP连接只能有两个端点,每一条TCP连接只能是点对点的
  3. TCP提供可靠交付的服务
  4. TCP提供全双工通信。数据在两个方向上独立的进行传输。因此,连接的每一端必须保持每个方向上的传输数据序号。
  5. 面向字节流。面向字节流的含义:虽然应用程序和TCP交互是一次一个数据块,但TCP应用程序交下来的数据仅仅是一连串的无结构的字节流。

TCP报文首部,如下图所示:

TCP协议的三次握手和四次挥手过程

  1. 源端口号:数据发起者的端口号,16bit
  2. 目的端口号:数据接收者的端口号,16bit
  3. 序号:32bit的序列号,由发送方使用
  4. 确认序号:32bit的确认号,是接收数据方期望收到发送方的下一个报文段的序号,因此确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1。
  5. 首部长度:首部中32bit字的数目,可表示15*32bit=60字节的首部。一般首部长度为20字节。
  6. 保留:6bit, 均为0
  7. 紧急URG:当URG=1时,表示报文段中有紧急数据,应尽快传送。
  8. 确认比特ACK:ACK = 1时代表这是一个确认的TCP包,取值0则不是确认包。
  9. 推送比特PSH:当发送端PSH=1时,接收端尽快的交付给应用进程。
  10. 复位比特(RST):当RST=1时,表明TCP连接中出现严重差错,必须释放连接,再重新建立连接。
  11. 同步比特SYN:在建立连接是用来同步序号。SYN=1, ACK=0表示一个连接请求报文段。SYN=1,ACK=1表示同意建立连接。
  12. 终止比特FIN:FIN=1时,表明此报文段的发送端的数据已经发送完毕,并要求释放传输连接。
  13. 窗口:用来控制对方发送的数据量,通知发放已确定的发送窗口上限。
  14. 检验和:该字段检验的范围包括首部和数据这两部分。由发端计算和存储,并由收端进行验证。
  15. 紧急指针:紧急指针在URG=1时才有效,它指出本报文段中的紧急数据的字节数。
  16. 选项:长度可变,最长可达40字节。

3、 三次握手过程详解

所谓三次握手(Three-Way Handshake)即建立TCP连接,就是指建立一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。在socket编程中,这一过程由客户端执行connect来触发,整个流程如下图所示:

TCP协议的三次握手和四次挥手过程

(1)第一次握手:

Client将标志位SYN置为1,随机产生一个值seq=J,并将该数据包发送给Server,Client进入SYN_SENT状态,等待Server确认。

(2)第二次握手:

Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接,Server将标志位SYN和ACK都置为1,ack=J+1,随机产生一个值seq=K,并将该数据包发送给Client以确认连接请求,Server进入SYN_RCVD状态。

(3)第三次握手:

Client收到确认后,检查ack是否为J+1,ACK是否为1,如果正确则将标志位ACK置为1,ack=K+1,并将该数据包发送给Server,Server检查ack是否为K+1,ACK是否为1,如果正确则连接建立成功,Client和Server进入ESTABLISHED状态,完成三次握手,随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

4、四次挥手过程详解

所谓四次挥手(Four-Way Wavehand)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。在socket编程中,这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发,整个流程如下图所示:

TCP协议的三次握手和四次挥手过程

由于TCP连接时全双工的,因此,每个方向都必须要单独进行关闭,这一原则是当一方完成数据发送任务后,发送一个FIN来终止这一方向的连接,收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了,即不会再收到数据了,但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据,直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方则执行被动关闭,上图描述的即是如此。

第一次挥手:

Client发送一个FIN,用来关闭Client到Server的数据传送,Client进入FIN_WAIT_1状态。

第二次挥手:

Server收到FIN后,发送一个ACK给Client,确认序号为收到序号+1(与SYN相同,一个FIN占用一个序号),Server进入CLOSE_WAIT状态。

第三次挥手:

Server发送一个FIN,用来关闭Server到Client的数据传送,Server进入LAST_ACK状态。

第四次挥手:

Client收到FIN后,Client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,Server进入CLOSED状态,完成四次挥手。

结语

为什么建立连接是三次握手,而关闭连接却是四次挥手呢?

这是因为服务端在LISTEN状态下,收到建立连接请求的SYN报文后,把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时,当收到对方的FIN报文时,仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据,己方也未必全部数据都发送给对方了,所以己方可以立即close,也可以发送一些数据给对方后,再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接,因此,己方ACK和FIN一般都会分开发送。

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【责任编辑:未丽燕 TEL:(010)68476606】

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