转：TCP为什么要3次握手和4次挥手时等待2MSL、 TCP如何保证消息顺序以及可靠性到达

关于tcp三次握手、四次挥手可以看这里：TCP与UDP的差别以及TCP三次握手、四次挥手

1.TCP为甚要3次握手？

在谢希仁著《计算机网络》第四版中讲“三次握手”的目的是“为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误”，书中的例子是这样的，“已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下：client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段，同意建立连接。假设不采用“三次握手”而是“两次握手”，那么只要server发出确认，新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬server的确认，也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待client发来数据。这样，server的很多资源就白白浪费掉了。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况，client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认，就知道client并没有要求建立连接。说白了主要目的是防止server端一直等待，浪费资源。

2.四次挥手时为什么要等待2MSL？

和TCP三次同步握手不一样的是，TCP关闭连接用四次握手来实现，即A--->B Fin, B--->A ACK, B--->A Fin, A--->B ACK，为什么要这样？

A--->B Fin, B--->A ACK ，A属于主动关闭方，收到B的ACK后，A到B的方向连接关闭，即half shutown ，这时A不能再发送数据了。
这种状态下B还是可以单向发送数据的，B的数据发送完毕，也做关闭动作了：

B--->A Fin, A--->B ACK
B收到ACK，关闭连接。但是A无法知道ACK是否已经到达B，于是开始等待？等待什么呢？假如ACK没有到达B，B会为FIN这个消息超时重传 timeout retransmit ，那如果A等待时间足够，又收到FIN消息，说明ACK没有到达B，于是再发送ACK，直到在足够的时间内没有收到FIN，说明ACK成功到达。这个等待时间至少是：B的timeout + FIN的传输时间，为了保证可靠，采用更加保守的等待时间2MSL。

MSL，Maximum Segment Life，这是TCP 对TCP Segment 生存时间的限制。
TTL， Time To Live ，IP对IP Datagram 生存时间的限制，255 秒，所以 MSL一般 = TTL = 255秒
A发出ACK，等待ACK到达对方的超时时间 MSL，等待FIN的超时重传，也是MSL，所以如果2MSL时间内没有收到FIN，说明对方安全收到FIN。

综上所述，等待2MSL的目的是为了A最后发送的ACK能最终到达B端。

3.TCP可靠性传输传输的工作原理：

（1）、停止等待协议

（2）、连续ARQ协议

4.TCP可靠性传输传输的实现

（1）、以字节为单位的滑动窗口

（2）、超时重传时间的选择

（3）、选择确定SACK

面向连接：意味着两个使用TCP的应用（通常是一个客户和一个服务器）在彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接。在一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信。广播和多播不能用于TCP。 
TCP通过下列方式来提供可靠性：
1、应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。这和UDP完全不同，应用程序产生的数据报长度将保持不变。 (将数据截断为合理的长度)
2、当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。 (超时重发)
3、当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒 。 (对于收到的请求，给出确认响应) (之所以推迟，可能是要对包做完整校验)
4、 TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段。 (校验出包有错，丢弃报文段，不给出响应，TCP发送数据端，超时时会重发数据)
5、既然TCP报文段作为IP数据报来传输，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段的到达也可能会失序。如果必要，TCP将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层。 (对失序数据进行重新排序，然后才交给应用层)
6、既然IP数据报会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据。(对于重复数据，能够丢弃重复数据)
7、TCP还能提供流量控制。TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。(TCP可以进行流量控制，防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出)TCP使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。

字节流服务:两个应用程序通过TCP连接交换8bit字节构成的字节流。TCP不在字节流中插入记录标识符。我们将这称为字节流服务（bytestreamservice）。

TCP对字节流的内容不作任何解释::TCP对字节流的内容不作任何解释。TCP不知道传输的数据字节流是二进制数据，还是ASCII字符、EBCDIC字符或者其他类型数据。对字节流的解释由TCP连接双方的应用层解释。

TCP保证消息顺序：

大家都知道，TCP提供了最可靠的数据传输，它给发送的每个数据包做顺序化（这看起来非常烦琐），然而，如果TCP没有这样烦琐的操作，那么，可能会造成更多的麻烦。如造成数据包的重传、顺序的颠倒甚至造成数据包的丢失。
那么，TCP具体是通过怎样的方式来保证数据的顺序化传输呢？

主机每次发送数据时，TCP就给每个数据包分配一个序列号并且在一个特定的时间内等待接收主机对分配的这个序列号进行确认，如果发送主机在一个特定时间内没有收到接收主机的确认，则发送主机会重传此数据包。接收主机利用序列号对接收的数据进行确认，以便检测对方发送的数据是否有丢失或者乱序等，接收主机一旦收到已经顺序化的数据，它就将这些数据按正确的顺序重组成数据流并传递到高层进行处理。

5.具体步骤如下：

（1）为了保证数据包的可靠传递，发送方必须把已发送的数据包保留在缓冲区； 
（2）并为每个已发送的数据包启动一个超时定时器； 
（3）如在定时器超时之前收到了对方发来的应答信息（可能是对本包的应答，也可以是对本包后续包的应答），则释放该数据包占用的缓冲区; 
（4）否则，重传该数据包，直到收到应答或重传次数超过规定的最大次数为止。
（5）接收方收到数据包后，先进行CRC校验，如果正确则把数据交给上层协议，然后给发送方发送一个累计应答包，表明该数据已收到，如果接收方正好也有数据要发给发送方，应答包也可方在数据包中捎带过去。

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