TCP协议三次握手,四次挥手

    技术2024-11-22  22

    一、TCP连接

    1.1、TCP协议简介

    客户端与服务器之间数据的发送和返回的过程当中需要创建一个叫TCP connection的东西;

    由于TCP不存在连接的概念,只存在请求和响应,请求和响应都是数据包,它们之间都是经过由TCP创建的一个从客户端发起,服务器接收的类似连接的通道,这个连接可以一直保持,http请求是在这个连接的基础上发送的;

    TCP是传输层面向连接的、安全可靠的传输协议。每次服务器和客户端通信都是以报文的形式。

    1.2、TCP报文

    其中比较重要的字段有:

    序号(sequence number):Seq序号,占32位,用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流,发起方发送数据时对此进行标记。确认号(acknowledgement number):Ack序号,占32位,只有ACK标志位为1时,确认序号字段才有效,Ack=Seq+1。标志位(Flags):共6个,即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等。具体含义如下: URG:紧急指针(urgent pointer)有效。ACK:确认序号有效。PSH:接收方应该尽快将这个报文交给应用层。RST:重置连接。SYN:发起一个新连接。FIN:释放一个连接。

    需要注意的是:

    不要将确认序号ack与标志位中的ACK搞混了。确认方Ack=发起方Seq+1,两端配对。

    二、三次握手

    2.1、”三次握手”的详解

    三次握手的机制是为了保证建立一个安全可靠的连接。这个连接必须是一方主动打开,另一方被动打开的。以下为客户端主动发起连接的图解: 握手之前主动打开连接的客户端结束CLOSED阶段,被动打开的服务器端也结束CLOSED阶段,并进入LISTEN阶段。随后开始“三次握手”:

    首先客户端向服务器端发送一段TCP报文,其中: ① 标记位为SYN,表示“请求建立新连接”; ② 序号为Seq=X(X一般为1); ③ 随后客户端进入SYN-SENT阶段。

    服务器端接收到来自客户端的TCP报文之后,结束LISTEN阶段。并返回一段TCP报文,其中: ① 标志位为SYN和ACK,表示“确认客户端的报文Seq序号有效,服务器能正常接收客户端发送的数据,并同意创建新连接”(即告诉客户端,服务器收到了你的数据); ② 序号为Seq=y; ③ 确认号为ack=x+1,表示收到客户端的序号Seq并将其值加1作为自己确认号Ack的值;随后服务器端进入SYN-RCVD阶段。

    客户端接收到来自服务器端的确认收到数据的TCP报文之后,明确了从客户端到服务器的数据传输是正常的,结束SYN-SENT阶段。并返回最后一段TCP报文。其中: ① 标志位为ACK,表示“确认收到服务器端同意连接的信号”(即告诉服务器,我知道你收到我发的数据了); ② 序号为Seq=x+1,表示收到服务器端的确认号ack,并将其值作为自己的序号值; ③ 确认号为Ack=y+1,表示收到服务器端序号Seq,并将其值加1作为自己的确认号Ack的值; ④ 随后客户端进入ESTABLISHED阶段。 ⑤ 服务器收到来自客户端的“确认收到服务器数据”的TCP报文之后,明确了从服务器到客户端的数据传输是正常的。结束SYN-SENT阶段,进入ESTABLISHED阶段。

    在客户端与服务器端传输的TCP报文中,双方的确认号ack和序号Seq的值,都是在彼此ack和Seq值的基础上进行计算的,这样做保证了TCP报文传输的连贯性。一旦出现某一方发出的TCP报文丢失,便无法继续"握手",以此确保了"三次握手"的顺利完成。

    此后客户端和服务器端进行正常的数据传输。这就是“三次握手”的过程。

    2.2 、“三次握手”的通俗理解

    举个栗子:把客户端比作男孩,服务器比作女孩。用他们的交往来说明“三次握手”过程:

    男孩喜欢女孩,于是写了一封信告诉女孩:我爱你,请和我交往吧!;写完信之后,男孩焦急地等待,因为不知道信能否顺利传达给女孩。女孩收到男孩的情书后,心花怒放,原来我们是两情相悦呀!于是给男孩写了一封回信:我收到你的情书了,也明白了你的心意,其实,我也喜欢你!我愿意和你交往!;写完信之后,女孩也焦急地等待,因为不知道回信能否能顺利传达给男孩。男孩收到回信之后很开心,因为发出的情书女孩收到了,并且从回信中知道了女孩喜欢自己,并且愿意和自己交往。然后男孩又写了一封信告诉女孩:你的心意和信我都收到了,谢谢你,还有我爱你!

    女孩收到男孩的回信之后,也很开心,因为发出的情书男孩收到了。由此男孩女孩双方都知道了彼此的心意,之后就快乐地在一起了~~

    这就是通俗版的“三次握手”,期间一共往来了三封信也就是“三次握手”,以此确认两个方向上的数据传输通道是否正常。

    2.3、为什么要进行第三次握手?

    如果只有两次握手的话,客户端知道服务器有接受和发送能力,但服务器只知道客户端发送能力,不知道有接受能力,因此不可靠。

    3、四次挥手

    3.1、“四次挥手”的详解

    所谓的四次挥手即TCP连接的释放(解除)。连接的释放必须是一方主动释放,另一方被动释放。以下为客户端主动发起释放连接的图解:

    首先客户端想要释放连接,向服务器端发送一段TCP报文,其中:标记位为FIN,表示“请求释放连接“; ① 序号为Seq=U; ② 随后客户端进入FIN-WAIT-1阶段,即半关闭阶段。并且停止在客户端到服务器端方向上发送数据,但是客户端仍然能接收从服务器端传输过来的数据。

    服务器端接收到从客户端发出的TCP报文之后,确认了客户端想要释放连接,随后服务器端结束ESTABLISHED阶段,进入CLOSE-WAIT阶段(半关闭状态)并返回一段TCP报文,其中:标记位为ACK,表示“接收到客户端发送的释放连接的请求”; ① 序号为Seq=V; ② 确认号为Ack=U+1,表示是在收到客户端报文的基础上,将其序号Seq值加1作为本段报文确认号Ack的值; ③ 随后服务器端开始准备释放服务器端到客户端方向上的连接。 客户端收到从服务器端发出的TCP报文之后,确认了服务器收到了客户端发出的释放连接请求,随后客户端结束FIN-WAIT-1阶段,进入FIN-WAIT-2阶段 前"两次挥手"既让服务器端知道了客户端想要释放连接,也让客户端知道了服务器端了解了自己想要释放连接的请求。于是,可以确认关闭客户端到服务器端方向上的连接了

    服务器端自从发出ACK确认报文之后,经过CLOSED-WAIT阶段,做好了释放服务器端到客户端方向上的连接准备,再次向客户端发出一段TCP报文,其中:标记位为FIN,ACK,表示“已经准备好释放连接了”。注意:这里的ACK并不是确认收到服务器端报文的确认报文。 ① 序号为Seq=W; ② 确认号为Ack=U+1;表示是在收到客户端报文的基础上,将其序号Seq值加1作为本段报文确认号Ack的值。 ③ 随后服务器端结束CLOSE-WAIT阶段,进入LAST-ACK阶段。并且停止在服务器端到客户端的方向上发送数据,但是服务器端仍然能够接收从客户端传输过来的数据。

    客户端收到从服务器端发出的TCP报文,确认了服务器端已做好释放连接的准备,结束FIN-WAIT-2阶段,进入TIME-WAIT阶段,并向服务器端发送一段报文,其中: ① 标记位为ACK,表示“接收到服务器准备好释放连接的信号”。 ② 序号为Seq=U+1;表示是在收到了服务器端报文的基础上,将其确认号Ack值作为本段报文序号的值。 ③ 确认号为Ack=W+1;表示是在收到了服务器端报文的基础上,将其序号Seq值作为本段报文确认号的值。 ④ 随后客户端开始在TIME-WAIT阶段等待2MSL

    后“两次挥手”既让客户端知道了服务器端准备好释放连接了,也让服务器端知道了客户端了解了自己准备好释放连接了。于是,可以确认关闭服务器端到客户端方向上的连接了,由此完成“四次挥手”。

    与“三次挥手”一样,在客户端与服务器端传输的TCP报文中,双方的确认号Ack和序号Seq的值,都是在彼此Ack和Seq值的基础上进行计算的,这样做保证了TCP报文传输的连贯性,一旦出现某一方发出的TCP报文丢失,便无法继续"挥手",以此确保了"四次挥手"的顺利完成。

    3.2、“四次挥手”的通俗理解

    举个栗子:把客户端比作女孩,服务器比作男孩。通过他们的分手来说明“四次挥手”过程。

    “第一次挥手”:女孩不在喜欢男孩了,于是决定分手,随即告诉男孩。 “第二次挥手”:男孩听到之后,很伤心,和女孩说给他点时间,让他冷静一下。 “第三次挥手”:过了一会儿,男孩对女孩说,我们分手从此你我恩断义绝! “第四次挥手”:女孩听到后,说以后江湖再见,随即转身离开

    倘若双方话都能正常收到,最少只用四次对话就能彻底分手!这就是“四次挥手”。

    3.3、为什么“握手”是三次,“挥手”却要四次?

    TCP建立连接时之所以只需要"三次握手",是因为在第二次"握手"过程中,服务器端发送给客户端的TCP报文是以SYN与ACK作为标志位的。SYN是请求连接标志,表示服务器端同意建立连接;ACK是确认报文,表示告诉客户端,服务器端收到了它的请求报文。

    即SYN建立连接报文与ACK确认接收报文是在同一次"握手"当中传输的,所以"三次握手"不多也不少,正好让双方明确彼此信息互通。

    TCP释放连接时之所以需要“四次挥手”,是因为FIN释放连接报文与ACK确认接收报文是分别由第二次和第三次"握手"传输的。为何建立连接时一起传输,释放连接时却要分开传输?

    建立连接时,被动方服务器端结束CLOSED阶段进入“握手”阶段并不需要任何准备,可以直接返回SYN和ACK报文,开始建立连接。 释放连接时,被动方服务器,突然收到主动方客户端释放连接的请求时并不能立即释放连接,因为还有必要的数据需要处理,所以服务器先返回ACK确认收到报文,经过CLOSE-WAIT阶段准备好释放连接之后,才能返回FIN释放连接报文。

    所以是“三次握手”,“四次挥手”。

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