一、tcp协议格式





二、三次握手


在 TCP/IP 协议中。TCP 协议提供可靠的连接服务,採用三次握手建立一个连接。

第一次握手:建立连接时,client发送 syn 包(tcp协议中syn位置1。序号为J)到server,并进入 SYN_SEND 状态。等待server确认;

第二次握手:server收到 syn 包,必须确认客户的 SYN,同一时候自己也发送一个 SYN 包,即 SYN+ACK包(tcp协议中syn位置1,ack位置1。序号K,确定序号为J+1),此时server进入 SYN_RECV
状态。

第三次握手:client收到server的 SYN+ACK 包,向server发送确认包 ACK(tcp协议中ack位置1。确认序号K+1)。此包发送完毕,client和server进入 ESTABLISHED 状态,完毕三次握手。

通过这种

url=eZXiFRQOKsO6NUMErlv_ourWMexrPfxtUhSw1f5waWf_gVDDeOpI7xFga2VygpC-qZWFVkj-XTcQeKx7UQO7fq" style="color:rgb(202,0,0); text-decoration:none">三次握手。client与服务端建立起可靠的双工的连接,開始传送数据。 三次握手的最主要目的是保证连接是双工的,可靠很多其它的是通过重传机制来保证的。可是为什么一定要进行三次握手来保证连接是双工的呢。一次不行么?两次不行么?

我们举一个现实生活中两个人进行语言沟通的样例来模拟

url=eZXiFRQOKsO6NUMErlv_ourWMexrPfxtUhSw1f5waWf_gVDDeOpI7xFga2VygpC-qZWFVkj-XTcQeKx7UQO7fq" style="color:rgb(202,0,0); text-decoration:none">三次握手

第一次对话: 

老婆让甲出去打酱油。半路碰到一个朋友乙。甲问了一句:哥们你吃饭了么?

结果乙带着耳机听歌呢。根本没听到,没反应。

甲心里想:跟你说话也没个音,不跟你说了,沟通失败。说明乙接受不到甲传过来的信息的情况下沟通肯定是失败的。

假设乙听到了甲说的话,那么第一次对话成功,接下来进行第二次对话。

第二次对话: 

乙听到了甲说的话,可是他是老外,中文不好。不知道甲说的啥意思也不知道如何回答。于是随便回答了一句学过的中文 :我去厕所了。甲一听立马笑喷了,“去厕所吃饭”?道不同不相为谋,离你远点吧。沟通失败。说明乙无法做出正确应答的情况下沟通失败。

假设乙听到了甲的话,做出了正确的应答,而且还进行了反问:我吃饭了,你呢?那么第二次握手成功。

通过前两次对话证明了乙可以听懂甲说的话,而且能做出正确的应答。

接下来进行第三次对话。

第三次对话:

甲刚和乙打了个招呼,突然老婆喊他。“你个死鬼,打个酱油咋这么半天,看我回家咋收拾你”,甲是个妻管严,听完吓得二话不说就跑回家了,把乙自己晾那了。

乙心想:这什么人啊,得,我也回家吧,沟通失败。说明甲无法做出应答的情况下沟通失败。

假设甲也做出了正确的应答:我也吃了。那么第三次对话成功,两人已经建立起了顺畅的沟通渠道,接下来開始持续的聊天。

通过第二次和第三次的对话证明了甲可以听懂乙说的话。而且能做出正确的应答。 可见。两个人进行有效的语言沟通。这三次对话的过程是必须的。

同理对于TCP为什么须要进行三次握手我们能够一样的理解:

为了保证服务端能收接受到client的信息并能做出正确的应答而进行前两次(第一次和第二次)握手,为了保证client可以接收到服务端的信息并能做出正确的应答而进行后两次(第二次和第三次)握手。

三、四次挥手

url=8_DsYi4pjWpNRFrSX10jiGxe0PLruypbRhv4o56eXOi07tQPokeFgnt1_leXVDy7ELc-uR4_E1cr1NfV3lJUYK" style="color:rgb(202,0,0); text-decoration:none">因为
TCP 连接是全双工的。因此每一个方向都必须单独进行关闭
。这好比,我们打电话(全双工),正常的情况下(出于礼貌),通话的两方都要说再见后才干挂电话,保证通信两方都把话说完了才挂电话

TCP
的四次握手
是为了保证通信两方都关闭了连接,详细步骤例如以下:

1)client A 在应用层调用close时会激发底层发送一个 FIN(tcp协议中FIN位置1、序号为M。结合上图分析)请求,用来关闭客户 A 到server B 的数据传送,clientA此时处于半关闭状态(应用层无法接收数据但底层还能够接收数据)。

2)server B
底层收到clientA的FIN时会做两件事

2.1)第1件事:收到clientA的FIN时底层会主动回发一个ACK(tcp协议中ACK位置1。确认序号M+1)

2.2)第2件事:收到clientA的FIN时。导致serverB的应用层read()返回0(告诉serverB应用层:clientA关闭了)

3)serverB应用层调用close()激发底层给client A 发送一个 FIN(tcp协议中FIN位置1、序号为N),这是serverB已处于半关闭状态;

4)client A
底层回发 ACK(tcp协议中ACK位置1,确认序号N+1) 给serverB,这是clientA、serverB都处于全然关闭状态。回收对应的资源。

为什么建立连接协议是三次握手。而关闭连接却是四次握手呢?



这是由于服务端的 LISTEN 状态下的 SOCKET 当收到 SYN 报文的建连请求后,它能够把 ACK 和 SYN(ACK 起应答作用。而 SYN 起同步作用)放在一个报文里来发送。

但关闭连接时,当收到FIN
报文通知时,假设能将ACK、FIN放在一个报文里那么就有了三次挥手。可是这是不可能。由于ACK是serverB一收到FIN报文底层就回发的,而serverB的FIN是应用层调用close()激发的。所以它这里的
ACK 报文和 FIN 报文在发送的时间上都是分开的,不可能同一时候发送。

为什么 TIME_WAIT 状态还须要等 2MS L后才干返回到 CLOSED 状态?



这是由于尽管两方都允许关闭连接了,并且握手的 4 个报文也都协调和发送完成,按理能够直接回到 CLOSED 状态(就好比从 SYN_SEND 状态到 ESTABLISH 状态那样)。可是由于我们必需要假想网络是不可靠的,你无法保证你最后发送的 ACK 报文会一定被对方收到。因此对方处于
LAST_ACK 状态下的 SOCKET 可能会由于超时未收到 ACK 报文。而重发 FIN 报文。所以这个 TIME_WAIT 状态的作用就是用来重发可能丢失的 ACK 报文。(里面涉及的状态是什么意思,详情请看《TCP
通信过程中各步骤的状态》

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