談談TCP協議的三次握手和四次揮手

sun_xin發表於2018-10-25
TCP協議

TCP協議

Transmission Control Protocol傳輸控制協議，屬於傳輸層通訊協議，基於TCP的應用層協議有Htt，smtp，ftp等

TCP的特性

  • 面向連線： 傳輸資料之前會先建立連線，資料傳輸完畢之後釋放連線

  • 全雙工通訊：連線建立以後，通訊雙方能互相傳送資料

  • 安全可靠：通過TCP傳送的資料不丟失，無差錯，按序到達

  • TCP 使用校驗和，確認和重傳機制來保證可靠傳輸

  • 資料以位元組流的方式傳輸

  • 傳輸效率較低，因為需要建立連線和傳送確認包等

注意： TCP 並不能保證資料一定會被對方接收到，因為這是不可能的。TCP 能夠做到的是，如果有可能，就把資料遞送到接收方，否則就（通過放棄重傳並且中斷連線這一手段）通知使用者。因此準確說 TCP 也不是 100% 可靠的協議，它所能提供的是資料的可靠遞送或故障的可靠通知。

TCP建立連線的過程（三次握手）

三次握手指的是建立一個TCP連線需要客戶端和伺服器一共傳送3個包。三次握手的目的是連線伺服器指定埠，建立 TCP 連線，並同步連線雙方的序列號和確認號，交換 TCP 視窗大小資訊。在 socket 程式設計中，客戶端執行 connect() 時。將觸發三次握手。

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通過抓包可以看到具體，紅框表示三次握手，黃框表示四次揮手。可以看到傳送的標記為和序列號和確認號。

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首先，客戶端和服務端都是處於關閉的狀態，直到客戶端主動開啟連線，服務端會被動開啟連線，服務端現在處於listen狀態。

SYN，ACK，Seq到底是什麼東西

SYN,ACK 是TCP的標記位，TCP的標記位一共有6種。

  • SYN（synchronous建立聯機）

  • ACK(acknowledgement 確認)

  • PSH(push傳送)

  • FIN(finish結束)

  • RST(reset重置)

  • URG(urgent緊急)

  • Sequence number(順序號碼)

  • Acknowledge number(確認號碼)

1. 第一次握手（SYN=1，seq=x）

客戶端A傳送一個位碼 SYN = 1，然後會隨機產生一個序列號 seq = 1234567的資料包到伺服器，這個時候伺服器收到SYN=1知道了客戶端A要求建立連線。客戶端A此時處於SYN_SEND狀態

2. 第二次握手（SYN = 1， ACK = 1，seq = y， ack = x + 1）

伺服器收到請求連線資訊之後要確認聯機資訊，向主機A傳送ack number =（主機A的seq + 1 ），SYN = 1，ACK = 1，隨機產生一個序列號 seq = 7654321。 伺服器此時處於 SYN_RCVD狀態。

3. 第三次握手（ACK = 1 ，ack = y + 1）

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會再傳送ack number=(伺服器seq+1)，ack=1，然後主機A進入ESTABLISHED狀態。伺服器收到後確認seq值與ack=1則連線建立成功。伺服器也進入ESTABLISHED狀態。

Q1:為什麼TCP建立連線要進行三次握手

防止伺服器端因接收了早已失效的連線請求報文，從而一直等待客戶端請求，最終導致形成死鎖、浪費資源

TCP釋放連線的過程（四次揮手）

通訊結束之後，雙方都需要釋放連線，需要四次揮手

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1. 第一次揮手（FIN = 1，seq = u）

客戶端想要關閉連線，會傳送一個標記位FIN = 1的包，表明已經沒有資料可以傳送了，但是仍可以接收資料。

此時客戶端處於FIN_WAIT_1狀態

2. 第二次揮手（ACK = 1 ， ack = u+1）

服務端收到了客戶端的FIN包，然後傳送一個ACK = 1 的確認包，表明自己接收到了客戶端的關閉連線的請求，但是還沒準備好關閉。服務端傳送完畢之後，進入CLOSE_WAIT狀態。客戶端收到這個包的時候進入FIN_WAIT_2狀態。

3. 第三次揮手（FIN = 1，seq = w）

當服務端準備好關閉連線的時候，向客戶端傳送FIN=1，表明自己準備好關閉連線了。傳送完畢之後服務端進入LASK_ACK狀態，等待客戶端的最後一個確認ACK。

4. 第四次揮手（ACK = 1，ack = w+1）

客戶端接收到了服務端的的關閉請求之後，傳送最後一個ACK=1確認包，然後進入到TIME_WAIT狀態，等待可能出現的ACK包。伺服器收到最後一個ACK之後，確認關閉連線，進入CLOSE狀態。

客戶端在等待了某個固定時間之後，沒有收到服務端的ACK，就認為服務端已經正常關閉連線了，於是也將自己的連線關閉了，進入CLOSE狀態。

UDP協議

UDP 是一個簡單的傳輸層協議。

UDP的特性

  • 無連線。UDP的客戶端和伺服器不必存在長期連線的關係。UDP在傳送資料包之前也不用先與服務端建立連線

  • 不可靠。UDP 本身不提供確認，序列號，超時重傳等機制。UDP 資料包可能在網路中被複制，被重新排序。即 UDP 不保證資料包會到達其最終目的地，也不保證各個資料包的先後順序，也不保證每個資料包只到達一次。

  • 資料包是有長度限制的。

  • UDP支援廣播和多播。

  • 傳輸效率高

本篇文章主要介紹了TCP建立連線的三次握手和釋放連線的四次揮手。

參考：

計算機網路：這是一份全面 & 詳細 的TCP協議攻略

TCP三次握手中SYN，ACK，Seq三者的關係

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