TCP三次握手和四次挥手的解释

ゝ一纸荒年。 2022-05-18 07:35 58阅读 0赞

# 基础知识 #

在TCP层，有个FLAGS字段，这个字段有以下几个标识：SYN, FIN, ACK, PSH, RST, URG.

其中，对于我们日常的分析有用的就是前面的五个字段。

它们的含义是：

SYN表示建立连接(synchronous建立联机)
    
    FIN表示关闭连接(finish结束) 
    
    ACK表示响应(acknowledgement 确认) 
    
    PSH表示DATA数据传输 (push传送)
    
    RST表示连接重置(reset重置)

其中，ACK是可能与SYN，FIN等同时使用的，比如SYN和ACK可能同时为1，它表示的就是建立连接之后的响应，

如果只是单个的一个SYN，它表示的只是建立连接。

TCP的几次握手就是通过这样的ACK表现出来的。

但SYN与FIN是不会同时为1的，因为前者表示的是建立连接，而后者表示的是断开连接。

RST一般是在FIN之后才会出现为1的情况，表示的是连接重置。

一般地，当出现FIN包或RST包时，我们便认为客户端与服务器端断开了连接；而当出现SYN和SYN＋ACK包时，我们认为客户端与服务器建立了一个连接。

PSH为1的情况，一般只出现在 DATA内容不为0的包中，也就是说PSH为1表示的是有真正的TCP数据包内容被传递。

TCP的连接建立和连接关闭，都是通过请求－响应的模式完成的。

# TCP三次握手 #

TCP(Transmission Control Protocol)传输控制协议

TCP是主机对主机层的传输控制协议，提供可靠的连接服务，采用三次握手确认建立一个连接：  
![三次握手连接][TCPConnect.JPG]

1.  客户端 A 发送 SYN 包（SYN=j）到服务器 B，并进入SYN\_SEND 状态，等待服务器 B 确认。
2.  服务器 B 收到 SYN 包，必须确认客户 A 的 SYN（ACK=j+1），同时自己也发送一个 SYN 包（SYN=k），即 ACK+SYN 包，此时服务器 B 进入SYN\_RECV 状态。
3.  客户端 A 收到服务器 B 的 SYN＋ACK 包，向服务器 B 发送确认包 ACK（ACK=k+1）。此包发送完毕，客户端 A 和服务器 B 进入 ESTABLISHED 状态，完成三次握手。

完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据。

# TCP四次挥手 #

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。

这个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。

TCP采用四次挥手关闭连接如图所示。  
![这里写图片描述][TCPClose.JPG]

1.  客户端 A 发送一个 FIN，用来关闭客户 A 到服务器 B 的数据传送。
2.  服务器 B 收到这个 FIN，它发回一个 ACK，确认序号为收到的序号加1。和 SYN 一样，一个 FIN 将占用一个序号。
3.  服务器 B 关闭与客户端 A 的连接，发送一个 FIN 给客户端 A。
4.  客户端 A 发回 ACK 报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1。

# 在linux中进行socket编程过程 #

![这里写图片描述][socket.tcpflowchart.png]

CLOSED: 这个没什么好说的了，表示初始状态。
    
    LISTEN: 这个也是非常容易理解的一个状态，表示服务器端的某个SOCKET处于监听状态，可以接受连接了。 SYN_RCVD: 这个状态表示接受到了SYN报文，在正常情况下，这个状态是服务器端的SOCKET在建立TCP连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态，很短暂，基本 上用netstat你是很难看到这种状态的，除非你特意写了一个客户端测试程序，故意将三次TCP握手过程中最后一个ACK报文不予发送。因此这种状态 时，当收到客户端的ACK报文后，它会进入到ESTABLISHED状态。 SYN_SENT: 这个状态与SYN_RCVD遥想呼应，当客户端SOCKET执行CONNECT连接时，它首先发送SYN报文，因此也随即它会进入到了SYN_SENT状 态，并等待服务端的发送三次握手中的第2个报文。SYN_SENT状态表示客户端已发送SYN报文。 ESTABLISHED: 这个容易理解了，表示连接已经建立了。 FIN_WAIT_1（重要）: 这个状态要好好解释一下，其实FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。而这两种状态的区别 是：FIN_WAIT_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时，它想主动关闭连接，向对方发送了FIN报文，此时该SOCKET即 进入到FIN_WAIT_1状态。而当对方回应ACK报文后，则进入到FIN_WAIT_2状态，当然在实际的正常情况下，无论对方何种情况下，都应该马 上回应ACK报文，所以FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的，而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到。 FIN_WAIT_2（重要）: 上面已经详细解释了这种状态，实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET，表示半连接，也即有一方要求close连接，但另外还告诉对方，我暂时还有点数据需要传送给你，稍后再关闭连接。 TIME_WAIT（重要、共详细的请看下图的2MSL）: 表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。如果FIN_WAIT_1状态下，收到了对方同时带 FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入到TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态。 CLOSING: 这种状态比较特殊，实际情况中应该是很少见，属于一种比较罕见的例外状态。正常情况下，当你发送FIN报文后，按理来说是应该先收到（或同时收到）对方的 ACK报文，再收到对方的FIN报文。但是CLOSING状态表示你发送FIN报文后，并没有收到对方的ACK报文，反而却也收到了对方的FIN报文。什 么情况下会出现此种情况呢？其实细想一下，也不难得出结论：那就是如果双方几乎在同时close一个SOCKET的话，那么就出现了双方同时发送FIN报 文的情况，也即会出现CLOSING状态，表示双方都正在关闭SOCKET连接。 CLOSE_WAIT: 这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢？当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己，你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对 方，此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢，实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方，如果没有的话，那么你也就可以 close这个SOCKET，发送FIN报文给对方，也即关闭连接。所以你在CLOSE_WAIT状态下，需要完成的事情是等待你去关闭连接。 LAST_ACK: 这个状态还是比较容易好理解的，它是被动关闭一方在发送FIN报文后，最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后，也即可以进入到CLOSED可用状态了。

参考链接：  
[https://blog.csdn.net/phunxm/article/details/5085792][https_blog.csdn.net_phunxm_article_details_5085792]  
[https://blog.csdn.net/lqglqglqg/article/details/48714611][https_blog.csdn.net_lqglqglqg_article_details_48714611]  
[https://blog.csdn.net/fadefaraway/article/details/54633278][https_blog.csdn.net_fadefaraway_article_details_54633278] 网络——TCP状态转换图、滑动窗口、半连接状态、2MSL

[TCPConnect.JPG]: /images/20220518/e9c2abe43a5f445eb5f4e2b1b763ddc7.png
[TCPClose.JPG]: /images/20220518/55e44d363d484c66934ce5d8dda7ef53.png
[socket.tcpflowchart.png]: http://docs.huihoo.com/c/linux-c-programming/images/socket.tcpflowchart.png
[https_blog.csdn.net_phunxm_article_details_5085792]: https://blog.csdn.net/phunxm/article/details/5085792
[https_blog.csdn.net_lqglqglqg_article_details_48714611]: https://blog.csdn.net/lqglqglqg/article/details/48714611
[https_blog.csdn.net_fadefaraway_article_details_54633278]: https://blog.csdn.net/fadefaraway/article/details/54633278