图解TCP协议中的三次握手和四次挥手

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最近在复习计算机网络,看到TCP这一章,总结一下。


建立TCP需要三次握手才能建立,而断开连接则需要四次握手。整个过程如下图所示:



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先来看看如何建立连接的:



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首先Client端发送连接请求报文,Server段接受连接后回复ACK报文,并为这次连接分配资源。Client端接收到ACK报文后也向Server段发送报文,并分配资源,这样TCP连接就建立了。


如何断开连接呢?简单的过程如下:



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注意中断连接端可以是Client端,也可以是Server端


假设Client端发起中断请求,也就是发送FIN报文。Server端接到FIN报文后,意思是说“我client端要发给你了”,但是如果你还没有数据要发送完成,则不必急着关闭Socket,可以继续发送数据。所以所以你先发送ACK,"告诉Client端,你的请求我收到了,但是我还没准备好,请继续你等我的消息"。这个时候Client端就进入FIN_WAIT状态,继续等待Server端的FIN报文。当Server端确定数据已发送完成,则向Client端发送FIN报文,"告诉Client端,好了,我这边数据发完了,准备好关闭连接了"。Client端收到FIN报文后,"就知道可以关闭连接了,但是他还是不相信网络,怕Server端不知道要关闭,所以发送ACK后进入TIME_WAIT状态,如果Server端没有收到ACK则可以重传。“,Server端收到ACK后,"就知道可以断开连接了"。Client端等待了2MSL后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,我Client端也可以关闭连接了。Ok,TCP连接就这样关闭了!


整个过程Client端所经历的状态如下:



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而Server端所经历的过程如下:



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注意在TIME_WAIT状态中,如果TCP client端最后一次发送的ACK丢失了,它将重新发送。TIME_WAIT状态中所需要的时间是依赖于实现方法的。典型的值为30秒、1分钟和2分钟。等待之后连接正式关闭,并且所有的资源(包括端口号)都被释放。



为什么连接的时候是三次握手,关闭的时候却是四次握手?


因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后,可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的,SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时,当Server端收到FIN报文时,很可能并不会立即关闭SOCKET,所以只能先回复一个ACK报文,告诉Client端,"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了,我才能发送FIN报文,因此不能一起发送。故需要四步握手。



为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态?


为了保证发送的最后一个ACK报文段能够到达B
防止“已失效的连接请求报文段”出现在本连接中。在发送完最后一个ACK报文段后,再经过实践2MSL,就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段,都从网络中消失。这样就可以使下一个新的连接中不会出现这种就得连接请求报文段。

TCP有限状态机

TCP有限状态机如下图:


粗实箭头表示客户进程的正常迁移
粗虚线箭头表示对服务器进程的正常迁移
细线箭头表示异常变迁


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