TCP三次握手&四次揮手

EhuoWeirdo發表於2021-03-14
TCP

TCP概述

網路分為IOS七層協議：物理層、資料鏈路層、網路層、傳輸層、會話層、表現層、應用層

TCP協議屬於傳輸層的協議

TCP資料包結構圖

在進行握手時，就依賴著結構中的序號和確認號

TCP中的識別符號

SYN：同步標誌

同步序列編號(Synchronize Sequence Numbers)欄有效。該標誌僅在三次握手建立TCP連線時有效。它提示TCP連線的服務端檢查序列編號，該序列編號為TCP連線初始端(一般是客戶端)的初始序列編號。在這裡，可以把TCP序列編號看作是一個範圍從0到4，294，967，295的32位計數器。通過TCP連線交換的資料中每一個位元組都經過序列編號。在TCP報頭中的序列編號欄包括了TCP分段中第一個位元組的序列編號

ACK：確認標誌

確認編號(Acknowledgement Number)欄有效。大多數情況下該標誌位是置位的。TCP報頭內的確認編號欄內包含的確認編號(w+1，Figure-1)為下一個預期的序列編號，同時提示遠端系統已經成功接收所有資料

URG：緊急標誌

緊急(The urgent pointer) 標誌有效，緊急標誌置位

FIN：結束標誌

帶有該標誌置位的資料包用來結束一個TCP會話，但對應埠仍處於開放狀態，準備接收後續資料
三次握手Three-way Handshake

三次握手

一個虛擬連線的建立是通過三次握手實現的

示意圖

三次握手流程

  1. B的TCP伺服器程式先建立傳輸模組TCB，準備接受客戶程式的連線請求。然後伺服器程式就處於LISTEN（收聽）狀態，等待客戶的連線請求
  2. 第一次握手：A的TCP客戶程式也是首先建立傳輸控制模組TCB，然後向B發出連線請求報文段，此時首部中的同部位SYN = 1，同時選擇一個初始序號seq = x（這個指令的意思就是告訴B客戶機自己的序號是多少，要接著這個序號傳送資料包）。TCP規定，SYN報文段（即SYN = 1的報文段）不能攜帶資料，但是要消耗一個需要。此時TCP客戶程式進入SYN-SENT（同步已傳送）狀態
  3. 第二次握手：B收到連續請求報文段後，如同意建立連線，則向A傳送確認。在確認報文段中應把SYN位和ACK位都置為1，確認號是ack = x + 1,同時自己也為自己選擇一個初始序號 seq = y。（注意：這個報文段也不能攜帶資料，但同樣需要消耗掉一個序號）。這時TCP伺服器程式進入SYN-REVD（同步收到）狀態
  4. 第三次握手：TCP客戶程式收到B的確認後，還要向B給出確認。確認報文段的ACK置1，確認號ack = y + 1，而自己的序號seq = x + 1。TCP的標準規定，ACK報文段可以攜帶資料。但如果不攜帶資料則不消耗序號，在這種情況下，下一個資料包文段的序號仍是 seq = x + 1。這時，TCP連線建立，A進入ESTABLISHED（已建立連線）狀態，當B收到A的確認訊息後，也進入ESTABLISHED狀態

注：最後一次握手在預設不攜帶資料的情況下，由於SYN不是1，是不消耗序列號的。所以三次握手結束後，客戶端下一個傳送的報文中seq依舊是x + 1

為什麼需要三次握手，而非兩次？

  • 為了實現可靠資料傳輸， TCP 協議的通訊雙方， 都必須維護一個序列號， 以標識傳送出去的資料包中， 哪些是已經被對方收到的。 三次握手的過程即是通訊雙方相互告知序列號起始值， 並確認對方已經收到了序列號起始值的必經步驟
  • 如果只是兩次握手， 至多隻有連線發起方的起始序列號能被確認， 另一方選擇的序列號則得不到確認

四次揮手

一個虛擬連線的斷開是通過四次揮手實現的

示意圖：

四次揮手流程：

  1. 第一次揮手：A資料傳輸關閉，需要斷開連線，A應用程式向其TCP發出連線釋放報文段（FIN = 1， seq = u），並停止在傳送資料，主動關閉TCP連線，進入FIN-WAIT-1狀態，等待B的確認
  2. 第二次揮手：B收到連線釋放報文後即發出確認報文段（ACK = 1，確認號ack = u + 1，序列號seq = v），B進入CLOSE-WAIT關閉等待狀態，此時的TCP處於半關閉狀態，A到B的連線釋放。而A收到B的確認後，進入FIN-WAIT-2狀態，等待B發出的連線釋放報文段
  3. 第三次揮手：當B資料傳輸完畢，B發出連線釋放報文段（FIN = 1， ACK = 1，序號seq = u + 1，確認號 ack = u + 1），B進入LAST-ACK（最後確認）狀態，等待A的最後確認
  4. 第四次揮手：A收到B的連線釋放報文段後，對此發出確認報文段（ACK = 1，seq = u + 1，ack = w + 1），A進入TIME-WAIT（時間等待）狀態，此時TCP未釋放掉，需要經過時間等待計時器設定的時間2MSL後，A才進入CLOSE狀態

為什麼A在TIME-WAIT狀態必須等待2MSL（最大報文生存時間）的時間？

為了保證A傳送的最後一個ACK報文段能夠到達B，保證A、B正常進入CLOSED狀態

這個ACK報文段有可能丟失，使得處於LAST-ACK狀態的B收不到對已傳送的FIN+ACK報文段的確認，B超時重傳FIN+ACK報文段，A能2MSL時間內收到這個重傳的FIN+ACK報文段，接著A重傳一次確認，同時重啟2MSL計數器，2MSL時間後A和B進入CLOSE狀態，如果A在TIME-WAIT狀態時接收到B的FIN+ACK報文段之後向B發出確認報文段，而不再確認B是否收到立即進入CLOSED狀態，如若B並沒有正常收到A 的確認報文段，則B無法正正常進入到CLOSED狀態

相關文章