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TCP協議中的三次握手和四次揮手 圖解、原因、狀態碼總結

TCP(Transmission Control Protocol) 傳輸控制協議

從網上找了很多資料,但是每一個都不是特別全,所以總結了一下

位碼即TCP標誌位,有6種標示:

ACK(acknowledgement 確認)
PSH(push傳送) 
FIN(finish結束) 
RST(reset重置) 
URG(urgent緊急)
SYN(synchronous建立聯機) 
Sequence Number(順序號碼) 
Acknowledge Number(確認號碼)

Tcp連線與斷開全過程圖解

Tcp三次握手過程

TCP是主機對主機層的傳輸控制協議,提供可靠的連線服務,採用三次握手確認建立一個連線:


第一次握手:主機A傳送位碼為 syn=1,隨機產生seq number=1234567的資料包到伺服器,主機B由syn=1知道,A要求建立聯機;
第二次握手:主機B收到請求後要確認聯機資訊,向A傳送ack number=(主機A的seq+1),syn=1,ack=1,隨機產生seq=7654321的包
第三次握手:主機A收到後檢查ack number是否正確,即第一次傳送的seq number+1,以及位碼ack是否為1,若正確,主機A會再發送ack number=(主機B的seq+1),ack=1,主機B收到後確認seq值與ack=1則連線建立成功。
完成三次握手,主機A與主機B開始傳送資料。
在TCP/IP協議中,TCP協議提供可靠的連線服務,採用三次握手建立一個連線。 
第一次握手:建立連線時,客戶端傳送syn包(syn=j)到伺服器,並進入SYN_SEND狀態,等待伺服器確認; 
第二次握手:伺服器收到syn包,必須確認客戶的SYN(ack=j+1),同時自己也傳送一個SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此時伺服器進入SYN_RECV狀態; 第三次握手:客戶端收到伺服器的SYN+ACK包,向伺服器傳送確認包ACK(ack=k+1),此包傳送完畢,客戶端和伺服器進入ESTABLISHED狀態,完成三次握手。 完成三次握手,客戶端與伺服器開始傳送資料.

狀態遷移過程:
  客戶端:
    CLOSED->SYN_SENT->ESTABLISHED->FIN_WAIT_1->FIN_WAIT_2->TIME_WAIT->CLOSED
  服務端
    CLOSED -> LISTEN->SYN_RECEIVED->ESTABLISHED->CLOSE_WAIT->LAST_ACK->CLOSE



揮手告別:

【注意】中斷連線端可以是Client端,也可以是Server端。

假設Client端發起中斷連線請求,也就是傳送FIN報文。Server端接到FIN報文後,意思是說"我Client端沒有資料要發給你了

",但是如果你還有資料沒有傳送完成,則不必急著關閉Socket,可以繼續傳送資料。所以你先發送ACK,"告訴Client端,你的請求我收到了,但是我還沒準備好,請繼續你等我的訊息"。這個時候Client端就進入FIN_WAIT狀態,繼續等待Server端的FIN報文。當Server端確定資料已傳送完成,則向Client端傳送FIN報文,"告訴Client端,好了,我這邊資料發完了,準備好關閉連線了"。Client端收到FIN報文後,"就知道可以關閉連線了,但是他還是不相信網路,怕Server端不知道要關閉,所以傳送ACK後進入TIME_WAIT狀態,如果Server端沒有收到ACK則可以重傳。“,Server端收到ACK後,"就知道可以斷開連線了"。Client端等待了2MSL後依然沒有收到回覆,則證明Server端已正常關閉,那好,我Client端也可以關閉連線了。Ok,TCP連線就這樣關閉了!


【問題】為什麼連線的時候是三次握手,關閉的時候卻是四次握手?
答:因為當Server端收到Client端的SYN連線請求報文後,可以直接傳送SYN+ACK報文。其中ACK報文是用來應答的,SYN報文是用來同步的。但是關閉連線時,當Server端收到FIN報文時,很可能並不會立即關閉SOCKET,所以只能先回復一個ACK報文,告訴Client端,"你發的FIN報文我收到了"。只有等到我Server端所有的報文都發送完了,我才能傳送FIN報文,因此不能一起傳送。故需要四步握手。

【問題2】為什麼TIME_WAIT狀態需要經過2MSL(最大報文段生存時間)才能返回到CLOSE狀態?

答:雖然按道理,四個報文都發送完畢,我們可以直接進入CLOSE狀態了,但是我們必須假象網路是不可靠的,有可以最後一個ACK丟失。所以TIME_WAIT狀態就是用來重發可能丟失的ACK報文。

MSL是Maximum Segment Lifetime英文的縮寫,中文可以譯為“報文最大生存時間”,他是任何報文在網路上存在的最長時間,超過這個時間報文將被丟棄。因為tcp報文(segment)是ip資料報(datagram)的資料部分,具體稱謂請參見《資料在網路各層中的稱呼》一文,而ip頭中有一個TTL域,TTL是time to live的縮寫,中文可以譯為“生存時間”,這個生存時間是由源主機設定初始值但不是存的具體時間,而是儲存了一個ip資料報可以經過的最大路由數,每經過一個處理他的路由器此值就減1,當此值為0則資料報將被丟棄,同時傳送ICMP報文通知源主機。RFC 793中規定MSL為2分鐘,實際應用中常用的是30秒,1分鐘和2分鐘等。

    2MSL即兩倍的MSL,TCP的TIME_WAIT狀態也稱為2MSL等待狀態,當TCP的一端發起主動關閉,在發出最後一個ACK包後,即第3次握手完成後傳送了第四次握手的ACK包後就進入了TIME_WAIT狀態,必須在此狀態上停留兩倍的MSL時間,等待2MSL時間主要目的是怕最後一個ACK包對方沒收到,那麼對方在超時後將重發第三次握手的FIN包,主動關閉端接到重發的FIN包後可以再發一個ACK應答包。在TIME_WAIT狀態時兩端的埠不能使用,要等到2MSL時間結束才可繼續使用。當連線處於2MSL等待階段時任何遲到的報文段都將被丟棄。不過在實際應用中可以通過設定SO_REUSEADDR選項達到不必等待2MSL時間結束再使用此埠。TTL與MSL是有關係的但不是簡單的相等的關係,MSL要大於等於TTL。