TCP三次握手四次挥手详解

TCP 协议简介

就算我睁大眼睛，我也什么都看不到！ –北野武 座头市

传输控制协议(TCP,Transmission Cntrol Protocal)，提高可靠的、端到端的、面相字节省的有衔接传输协议。

面向有衔接是指在传送数据之前必须先树立衔接，数据传送完结后要开释衔接；面相字节省是端到端之间不保存音讯鸿沟，例如，将 4 个 512 字节写在一个 TCP 流中，那么这些数据有或许按照4 个 512 字节、2 个 1024 字节、1 个 2048 字节或者其他方式被递交给进程，接纳端是不知道这些数据被写入字节省时的单元巨细，所以 TCP 不了解也不关心字节省的意义，一个字节便是一个字节

任何 TCP发送数据之前， 都必须树立一条联通两头的衔接。在TCP/IP协议中，TCP协议供给可靠的衔接服务，衔接是经过三次握手进行初始化的。
一起因为TCP协议是一种面向衔接的、可靠的、基于字节省的运送层通信协议，TCP是全双工形式，所以需求四次挥手封闭衔接。

TCP 服务由发送端的接纳端创立一种套接字(socket)的端点来取得的，每个 socket 有一个socket 编号，由主机的 IP 和 16 位的端口组成，1024 以下的端口被保存只能由特权用户启动的标准服务，这些端口成为闻名端口（well-know port）。可以在www.iana.org查询一切闻名端口的列表，常见列表如下：

TCP 段的头

下面是对于 TCP 头的一些解释：

1. 源端口号,16位，发送方的端口号。
2. 方针端口号，16位，发送方的方针端口号。
3. 32为序列号，sequence number，字节省的序号，确保网络传输数据的次序性。
4. 32位承认号，acknowledgment number，用来承认确实有收到相关封包，内容表明希望收到下一个报文的序列号，用来解决丢包的问题，他是累计承认的。
5. 头部巨细，4位，偏移量：最大值为0x0F，即15；指明晰包括多少个 32 位的字 ，单位为32位(bit)，单位也便是4个字节，给出头部占32bit的数目。没有任何选项字段的TCP头部长度为20字节；最多可以有60(15*4)字节的TCP头部。
6. Reserved 4位 ，预留字段，都为0
7. TCP标志位

1. 1. CWR：Congestion window reduced，拥塞窗口削减。拥塞窗口削减标志被发送主机设置，用来标明它接纳到了设置ECE标志的TCP包。拥塞窗口是被TCP保护的一个内部变量，用来办理发送窗口巨细。
   2. ECN-Echo：显式拥塞提醒回应。当一个IP包的ECN域被路由器设置为11时，接纳端而非发送端被告知路径上发生了拥塞。ECN运用TCP头部来奉告发送端网络正在阅历拥塞，而且奉告接纳端发送段现已受到了接纳端发来的拥塞布告，现已降低了发送速率。
   3. URG：紧迫标志位，表明数据包的紧迫指针域有用，用来确保衔接不被阻断，并督促中间设备赶快处理；为1时，紧迫指针（urgent pointer）有用，配合紧迫指针运用
   4. ACK：承认标志位，对已接纳的数据包进行承认，为1时，承认号有用
   5. PSH: 推送标志位，表明该数据包被对方接纳后应立即交给上层运用，而不在缓冲区排队；为1时，接纳方应该赶快将这个报文段交给运用层
   6. RST：重置标志位，用于衔接复位、回绝过错和不合法的数据包，为1时，开释衔接，重连。
   7. SYN：同步标志位，用于树立会话衔接，同步序列号，为1时，建议一个衔接。
   8. FIN：完结标志位，表明我现已没有数据要发送了，即将封闭衔接，为1时，封闭一个衔接。

8. 16位窗口巨细：占16bit。此字段用来进行流量控制，主要用于解决流控拥塞的问题。单位为字节数，这个值是本机希望一次接纳的字节数。
9. 16位校验值: 占16bit。对整个TCP报文段，即TCP头部和TCP数据进行校验和计算，并由方针端进行验证。
10. 16位紧迫指针:占16bit。它是一个偏移量，和序号字段中的值相加表明紧迫数据最终一个字节的序号。
11. 32位Tcp选项:一般包括在三次握手中，必须是 32 位的倍数。

TCP数据包由两部分组成：一部分是协议所要用到的首部，另一部分是上一层传过来的数据。首部的结构由协议的具体规范具体界说。在数据包的首部，明确标明晰协议应该如何读取数据。反过来说，看到首部，也就可以了解该协议必要的信息以及所要处理的数据。

TCP 衔接树立

为什么需求三次握手？

TCP需求三次握手是为了树立可靠的衔接。当客户端想要和服务器树立衔接时，它会发送一个SYN（同步）报文段给服务器，告知服务器它想要树立衔接。服务器收到客户端的SYN报文段后，会回复一个SYN/ACK（同步/承认）报文段给客户端，告知客户端它现已收到了恳求，并准备好树立衔接。最终，客户端会发送一个ACK（承认）报文段给服务器，告知服务器它现已收到了服务器的回复，衔接树立成功。

这个进程需求三次握手是为了确保衔接的可靠性。假如只有两次握手，那么就无法确定客户端是否现已收到了服务器的回复。例如，在第2次握手后，服务器或许会因为网络故障或其他原因没有收到客户端的回复，此刻服务器会以为衔接现已树立成功。可是客户端并没有收到服务器的回复，此刻客户端会以为衔接没有树立成功。假如客户端持续发送数据，那么服务器就会以为这是一条无效的衔接，并回绝接纳数据。

这个进程需求三次握手是因为在网络中，每个报文段都或许会丢掉、推迟或重复。假如只有两次握手，那么客户端发送的SYN报文段或许会丢掉，而服务器不知道客户端想要树立衔接。假如有第三次握手，那么客户端会在第三个报文段中承认服务器的回复，然后确保衔接树立成功。

TCP 运用三次握手来树立衔接，树立一个 TCP 衔接时，需求客户端和服务器总共发送3个报文。

首要，某一端，譬如服务器必须先履行 LISTEN 和 ACCEPT 原语，然后被迫等候衔接恳求，此刻可以指定只有一个衔接恳求，也可以不指定。

其次，另一段（譬如客户端）履行 CONNECT原语，一起阐明他希望衔接的 IP 和端口号，愿意承受的最大 TCP 段长，以及一些其他参数，开端三次握手，握手示意图如下：

以客户端和服务端通信为例:

第一次握手：

TCP报文标志位SYN置为1，发生随机序号值seq=x，保存在TCP首部的序列号(Sequence Number)字段里，指明客户端计划衔接的服务器的端口，并将该数据包发送给服务器端，发送结束后，客户端进入SYN_SENT状况，等候承认。

第2次握手：

服务器端由SYN=1知道客户端恳求树立衔接，服务器端将TCP报文标志位SYN和ACK都置为1，ack（也便是 ack_seq，ack 的值位上一次报文的序列号 seq+1）=x+1，随机发生一个序号值seq=y，并将该数据包发送给客户端以承认衔接恳求，服务器端进入SYN_RCVD状况。

第三次握手：

客户端收到承认后，查看ack是否为x+1，ACK是否为1，假如正确则将标志位ACK置为1，ack=y+1，并将该数据包发送给服务器端，服务器端查看ack是否为y+1，ACK是否为1，假如正确则衔接树立成功，客户端和服务器端进入ESTABLISHED状况，完结三次握手，随后客户端与服务器端之间可以开端传输数据了。

留意:小写的ack代表的是头部的承认号Acknowledge number，是对上一个包的序号进行承认的号，ack=seq+1。

大写的ACK，是TCP首部中的和 SYN 相同的标志位，用于标志的TCP包是否对上一个包进行了承认操作，假如承认了，则把ACK标志位设置成1。

TCP断开衔接

为什么需求四次挥手

TCP衔接是全双工的，可是为例方便了解，咱们可以把他幻想成是一对单工衔接，每个单工衔接互相独立开释，也便是说，每个方向都可以去发送 FIN 的 TCP 标志位，这表明他现已没有数据需求发送了，当另一个方向承认后，这个方向上的衔接就被封闭了，不再发送任何数据。留意， 当一个方向上的数据被封闭后，另一个方向上或许还存在着无线的数据流，当两个方向上都被封闭后，衔接才算彻底开释。

通常情况下，开释一个链接需求四个TCP端：每个方向上一个FIN和一个ACK，然而，第一个ACK和第二个FIN有或许被组合到同一个段中，然后将所需求的段降低到三个

四次挥手

咱们这儿以客户端建议挥手为例，实践也或许是服务端等建议

第一次挥手：

客户端建议挥手恳求，此刻客户端(建议端)现已没有数据需求发送给服务端了(服务端或许还在发送数据），向服务端发送标志位是FIN=1报文段，设置随机序列号seq=u，此刻，客户端进入FIN_WAIT_1等候状况。

第2次挥手：

服务端收到了客户端发送的FIN报文段，向客户端返回一个标志位是ACK的报文段,b表达承受到了并返回承认，ack=seq+1，客户端进入FIN_WAIT_2状况，服务端告知客户端，我承认并同意你的封闭恳求。

第三次挥手：

服务端向客户端发送标志位是FIN的报文段，恳求封闭衔接，一起服务端进入LAST_ACK状况。

第四次挥手：

客户端收到服务端发送的FIN报文段，向服务端发送标志位是ACK的报文段，然后客户端进入TIME_WAIT状况。服务端收到客户端的ACK报文段今后，就封闭衔接。此刻，客户端等候2MSL的时刻后仍然没有收到回复，则证明服务端已正常封闭，那好，客户端也可以封闭衔接了。

一个TCP衔接的两头也或许会一起发送FIN段，这两个段按常规方法被单独承认，然后封闭衔接，实践上，两台主机可以先后开释衔接或一起开释衔接，这两者之间并无本质区别。

一起，假如在两倍的最大数据包生存期。针对FIN的呼应没有出现，将直接开释衔接

为什么要等候2MSL（两倍的最大数据包生存期）？

MSL：报文段最大生存时刻，它是任何报文段被丢掉前在网络内的最长时刻。
有以下两个原因：

• 第一点：确保TCP协议的全双工衔接可以可靠封闭：
  因为IP协议的不可靠性或者是其它网络原因，导致了服务端没有收到客户端的ACK报文，那么服务端就会在超时之后从头发送FIN，假如此刻客户端的衔接现已封闭处于CLOESD状况，那么重发的FIN就找不到对应的衔接了，然后导致衔接紊乱，所以，客户端发送完最终的ACK不能直接进入CLOSED状况，而要保持TIME_WAIT，当再次收到FIN的收，可以确保对方收到ACK，最终正确封闭衔接。
• 第二点：确保这次衔接的重复数据段从网络中消失
  假如客户端发送最终的ACK直接进入CLOSED状况，然后又再向服务端建议一个新衔接，这时不能确保新衔接的与刚封闭的衔接的端口号是不同的，也便是新衔接和老衔接的端口号或许相同了，那么就或许出现问题：假如前一次的衔接某些数据停留在网络中，这些推迟数据在树立新衔接后到达客户端，因为新老衔接的端口号和IP都相同，TCP协议就以为推迟数据是属于新衔接的，新衔接就会接纳到脏数据，这样就会导致数据包混乱。所以TCP衔接需求在TIME_WAIT状况等候2倍MSL，才能确保本次衔接的一切数据在网络中消失。

TCP衔接办理模型

参阅链接

/post/684490…

www.cnblogs.com/bruce1992/p…

计算机网络[第五版]