详解TCP/IP的三次握手和四次挥手

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前言

本文章讲解TCP/IP协议的三次握手和四次挥手的流程。

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一、TCP/IP协议的三次握手

三次握手：为了对每次发送的数据量进行跟踪与协商，确保数据段的发送和接收同步，根据所接收到的数据量而确认数据发送、接收完毕后何时撤消联系，并建立虚连接。

1.1 三次握手流程

TCP协议位于传输层，作用是提供可靠的字节流服务，为了准确无误地将数据送达目的地，TCP协议采纳三次握手策略。

• 第一次握手： 客户端发送给服务器连接请求的报文，其中报文中包含seq序列号，是由发送端随机生成的，并且将报文中的SYN字段置为1，表示需要建立TCP连接。（SYN=1，ACK=0,seq=x，x为随机生成数值）；
• 第二次握手： 服务端接收到客户端的连接请求的报文后，回复给客户端连接请求确认的报文，其中包含seq序列号，是由服务端随机生成的，并且将ACK设置为1（代表服务器同意连接），而且会产生ack字段，ack字段数值是在客户端发送过来的序列号seq的基础上加1进行回复，以便客户端收到信息时，知晓自己的TCP建立请求已得到验证。（SYN=1，ACK=1,ack=x+1，seq=y，y为随机生成数值）这里的ack加1可以理解为是确认和谁建立连接；
• 第三次握手： 客户端收到服务端发送的连接请求确认的报文后，回复给服务器确认的报文，其中SYN设置为0，表示已经建立连接，seq为自身序列号+1，ack为y+1。（SYN=0，ACK=1，seq=x+1，ack=y+1）

二、TCP/IP的四次挥手

即终止TCP连接，就是指断开一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。

2.1 四次挥手流程

由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。

• 第一次挥手： 主动关闭方向被动关闭方发送一个FIN包，FIN=1,也就是主动关闭方告诉被动关闭方 ：我已经不会再给你发数据了。(FIN=1,seq=x)
• 第二次挥手： 被动关闭方收到FIN包 后发送一个 ACK包 给主动关闭方 。告诉主动关闭方已收到通知 。（ACK=1,seq=x,ack=x+1）注：在被动关闭方发送 FIN包之前，被动关闭方还是可以向 主动关闭方发送数据的。
• 第三次挥手： 被动关闭方又发送一个 FIN包给主动关闭方，用来关闭被动关闭方到主动关闭方的数据传送。也就是告诉主动关闭方，我的数据也发送完了，不会再给你发数据了。（FIN=1,ACK=1,seq=z,ack=x+1）
• 第四次挥手： 主动关闭方收到FIN包后，发送一个ACK包给被动关闭方，至此，完成四次挥手。(ACK=1,seq=x+1,ack=z+1)

三、主要字段

3.1、标志位（Flags）

标志位	含义	说明
SYN	发起建立连接	当SYN=1，ACK=0，表明是连接请求报文，若同意连接，则响应报文中应该有 SYN=1，ACK=1
ACK	确认标识	当ACK=1，确认标识才有效。（为了与 确认号ack 区分开，我们一定要用大写字母）
FIN	释放连接	当FIN=1，表明此报文的发送方的数据已经发送完毕，并且要求释放。
PSH	读取数据	当PSH=1，提示接收端应用程序立即从TCP缓存区把数据读走。
RST	重置连接	当RST=1，表时TCP连接出现严重差错，必须释放连接，在后再重新连接。
URG	紧急指针	当URG=1，表明紧急指针字段有效，告诉系统此报文段中有紧急数据。

3.2、序号（sequence number）

seq序号：占32位。用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记。
注：
SYN是标志位，表示发起建立一个连接。
seq即seq序号，表示发起方发送数据进行标记。

3.3、确认号（acknowledgement number）

ack序号：占32位。只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，ack=seq+1。
注：
ACK 是标志位中的确认标识。
ack是确认序号，接收到的对方的数据，ack=seq+1。

四、状态名词解析

• LISTEN：等待从任何远端TCP 和端口的连接请求。

• SYN_SENT：发送完一个连接请求后等待一个匹配的连接请求。

• SYN_RECEIVED：发送连接请求并且接收到匹配的连接请求以后等待连接请求确认。

• ESTABLISHED：表示一个打开的连接，接收到的数据可以被投递给用户。连接的数据传输阶段的正常状态。

• FIN_WAIT_1：等待远端TCP 的连接终止请求，或者等待之前发送的连接终止请求的确认。

• FIN_WAIT_2：等待远端TCP 的连接终止请求。

• CLOSE_WAIT：等待本地用户的连接终止请求。

• CLOSING：等待远端TCP 的连接终止请求确认。

• LAST_ACK：等待先前发送给远端TCP 的连接终止请求的确认（包括它字节的连接终止请求的确认）

• TIME_WAIT：等待足够的时间过去以确保远端TCP 接收到它的连接终止请求的确认。

  • TIME_WAIT 两个存在的理由：
    1.可靠的实现tcp全双工连接的终止；
    2.允许老的重复分节在网络中消逝。

• CLOSED：不在连接状态（这是为方便描述假想的状态，实际不存在）

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