TCP三次握手建立链接与四次挥手断开链接的示例分析

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一步一个脚印。

先简单介绍一下TCP协议。

  TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。很复杂，但属于不论程序员还是运维人员都必会的基本功。

  面向对象的——连接双方在通信前需要预先建立一条连接，这犹如实际生活中的打电话，电话必须拨通了以后才能交流。

  可靠的——TCP协议中有诸多的规则来保障通信链路的可靠性，含应用数据分隔、重传机制、对首部和数据校验、对收到的数据进行排序，然后交给应用层、接收端会丢弃重复的数据、可进行流量控制。

TCP数据被封装在一个IP数据报中，格式如下： 

含：端口号[16bit]、序号[32bit]、偏移[4bit]、Reserved [6bit]、标志[6bit]、窗口大小(window)[16bit]、校验和[16bit]、紧急指针[16bit]、TCP选项

这里需要注意的：

• TCP的包是没有IP地址的，那是IP层上的事，但是有源端口和目标端口。

• 一个TCP连接需要四个元组来表示是同一个连接（src_ip, src_port, dst_ip, dst_port）准确说是五元组，还有一个是协议。但因为这里只是说TCP协议，所以，这里我只说四元组。

• Sequence Number是包的序号，用来解决网络包乱序（reordering）问题。

• Acknowledgement Number就是ACK——用于确认收到，用来解决不丢包的问题。

• Window又叫Advertised-Window，也就是著名的滑动窗口（Sliding Window），用于解决流控的。

• TCP Flag ，也就是包的类型，主要是用于操控TCP的状态机的。

   URG: 紧急指针有效

   ACK：确认序号有效

   PSH：接收方应尽快将这个报文段交给应用层

   RST：重建连接

   SYN：同步序号，用来发起一个连接

   FIN： 发端完成发送任务（主动关闭）  

三次握手建立链接

1.请求端(client客户端)发送一个SYN=1指明客户打算连接的服务器的端口，TCP规定SYN=1时不能携带数据，但要消耗一个序号，因此声明自己的初始序号seq为一个随机数假定为seq=x。

2.服务端(server)对客户端报文段进行确认，将确认序号设置为ACK=x+1。同时也请求连接客户端，发送SYN=1，并且发送初始seq号假定为seq=y。

3.客户端对服务端报文段进行确认，发送确认序号并同意与服务端建立连接ACK=y+1。

这三个报文段完成连接的建立。这个过程也称为三次握手(three-way handshake)

四次挥手断开链接

1.主机1(可以使客户端，也可以是服务器端)，设置Sequence Number和Acknowledgment Number，向主机2发送一个FIN报文段;此时，主机1进入FIN_WAIT_1状态;这表示主机1没有数据要发送给主机2了;

2.主机2收到了主机1发送的FIN报文段，向主机1回一个ACK报文段，Acknowledgment Number为Sequence Number加1;主机1进入FIN_WAIT_2状态;主机2告诉主机1，我也没有数据要发送了，可以进行关闭连接了;

3.主机2向主机1发送FIN报文段，请求关闭连接，同时主机2进入CLOSE_WAIT状态;

4.第主机1收到主机2发送的FIN报文段，向主机2发送ACK报文段，然后主机1进入TIME_WAIT状态;主机2收到主机1的ACK报文段以后，就关闭连接;此时，主机1等待2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，主机1也可以关闭连接了。

至此，TCP的四次分手就这么愉快的完成了。

建立链接和断开链接图示如下：

下面来分解一下为什么是三次握手呢？

为了防止已失效的链接请求报文段突然又传送到了服务器端，因而产生错误。举一个“栗”子。

client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段，同意建立连接。假设不采用“三次握手”，那么只要server发出确认，新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬server的确认，也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待client发来数据。这样，server的很多资源就白白浪费掉了。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况，client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认，就知道client并没有要求建立连接。"

这就很明白了，防止了服务器端的一直等待而浪费资源。

那么又为什么是四次挥手呢？

TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP是全双工模式，这就意味着，当主机1发出FIN报文段时，只是表示主机1已经没有数据要发送了，主机1告诉主机2， 它的数据已经全部发送完毕了；但是，这个时候主机1还是可以接受来自主机2的数据；当主机2返回ACK报文段时，表示它已经知道主机1没有数据发送了，但是主机2还是可以发送数据到主机1的;当主机2也发送了FIN 报文段时，这个时候就表示主机2也没有数据要发送了，就会告诉主机1，我也没有数据要发送了，之后彼此 就会愉快的中断这次TCP连接。如果要正确的理解四次分手的原理，就需要了解四次分手过程中的状态变化。

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