TCP 三次握手和四次挥手

TCP 连接建立可以总结为三次握手，TCP 连接释放可以总结为四次挥手。

前言

• 客户端：主动发起请求的一端
• 服务端：被动连接的一端，服务启动后，处于 Listen 状态，如 nginx 服务器

TCP 连接建立后，服务端和客户端可以相互发送和接受数据。

TCP 一些单词缩写说明：

• SYN: synchronize 表示同步序号，用来建立连接
• ACK: Acknowledgment Number
• SEQ: Sequence Number
• PACK: packet
• RST 连接复位请求
• PSH Push操作，在数据包到达接收端以后，立即传送给应用程序，而不是在缓冲区中排队
• FIN 发送端已经达到数据末尾，双方的数据传送完成
• Window 窗口大小，即滑动窗口，用来进行流量控制

三次握手

• 第一次握手：客户端向服务端发送连接请求报文段，报文头：SYN=1,ACK=0,SEQ=x。请求发送后，客户端便进入SYN-SENT状态，其中
  • SYN=1,ACK=0 表示该报文为连接请求报文。其中 TCP 规定：SYN=1的报文段不能有数据部分，但要消耗掉一个序号
  • SEQ=x 中 x 为本次TCP通信字节流的初始序号
• 第二次握手：服务端收到连接请求报文后，如果同意连接，会发送一个应答：SYN=1,ACK=1,SEQ=y,PACK=x+1。该应答发送完成后便进入 SYN-RCVD 状态
  • SYN=1,ACK=1 表示该报文为连接同意的应答报文
  • SEQ=y 表示服务端发送TCP通信字节流的初始序号
  • PACK=x+1 表示服务端希望下一个数据报发送序号(SEQ)从x+1开始的字节
• 第三次握手：当客户端收到连接同意的应答后，还要向服务端发送一个确认报文段。该报文段的头部为：ACK=1,SEQ=x+1,PACK=y+1，其中
  • 客户端发完该报文段后进入 ESTABLISHED 状态
  • 服务端收到该应答后也进入 ESTABLISHED 状态
  • 此时TCP连接建立完成，服务端和客户端可以可以开始数据传输

意义

• 保证连接可信建立
• 防止因通信问题导致建立失败
• 本质：
  • 网络上的传输是没有连接的，包括TCP也是一样的
  • TCP所谓的 连接 其实只不过是在通讯的双方维护一个 连接状态，让它看上去好像有连接一样，如上面的 SYN、ACK

四次挥手

连接断开时，可能是 客户端 或 服务端 发起，本示例以 客户端 发起连接断开为例：

• 第一次挥手：客户端 认为数据发送完成，需要向 服务端 发送连接释放请求，该请求只有报文头，内容为 FIN=1,SEQ=x，此时：客户端 将进入FIN-WAIT-1状态
  • FIN=1 表示该报文段是一个连接释放请求
  • SEQ=x 中 x-1 是 客户端 向 服务端 发送的最后一个字节的序号
• 第二次挥手：服务端 收到连接释放请求后，会通知相应的 应用程序 连接已经释放。此时 服务端 进入 CLOSE-WAIT 状态，并向 客户端 发送连接释放的应答，其报文头包含：ACK=1,SEQ=y,PACK=x+1，其中
  • ACK=1 表示应答（除TCP连接请求报文段外，TCP所有数据报中 ACK=1 均表示应答）
  • SEQ=y 中 y-1 是 服务端 向 客户端 发送的最后一个字节的序号
  • PACK=x+1 表示 服务端 已经成功接收了前 x 个字节，并希望下一个数据报发送序号(SEQ)从x+1开始的字节
  • 客户端 收到该应答，进入FIN-WAIT-2状态，等待 服务端 发送连接释放请求
  • 第二次挥手完成后，客户端 到 服务端 方向的连接已经释放，服务端 不会再接收数据，客户端 也不会再发送数据。但 服务端 到 客户端 方向的连接仍然存在，服务端 可以继续向 客户端 发送数据
• 第三次挥手：当 服务端 向 客户端 发完所有数据后，向 客户端 发送连接释放请求，请求头：FIN=1,ACK=1,SEQ=y,PACK=x+1，其中
  • 服务端 进入 LAST-ACK 状态
• 第四次挥手：客户端 收到释放请求后，向 服务端 发送确认应答
  • 客户端 进入 TIME-WAIT 状态。该状态会持续2MSL时间，若该时间段内没有 服务端 的重发请求的话，就进入 CLOSED 状态
  • 服务端 收到确认应答后，也进入 CLOSED 状态

至此，TCP 连接释放完成。