TCP协议采用三次握手建立链接与断开链接

梦里梦外; 2022-08-07 14:48 202阅读 0赞

OSI参考模型中的[网络层][Link 1]，在[TCP/IP协议][TCP_IP]中，TCP协议提供可靠的连接服务，采用[三次握手][Link 2]建立一个连接。

建立TCP连接的过程需要进行三次信息交换，通常称为“三次握手”，示意图如下：

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图中Seq代表TCP段首部中的“序号（Sequence Number）”：是TCP段所发送的数据部分第一个字节的序号。在TCP传送的数据流中，每一个字节都有一个序号。建立连接时，发送方将初始序号（Initial Sequence Number, ISN）填写到第一个发送的TCP段序号中。

图中Ack代表TCP段首部中的“确认号”：是期望收到对方下次发送的数据的第一个字节的序号，也就是期望收到的下一个TCP段的首部中的序号，等于已经成功收到的TCP段的最后一个字节序号加1。确认号在ACK标志为1时有意义，除了主动发起连接的第一个TCP段不设置ACK标志外，其后发送的TCP段都会设置ACK标志。

三次握手的具体过程阐述如下：

1. 客户端主动与服务器联系，TCP首部控制位中的SYN设置为1，发送带有SYN的TCP段，并把初始序号告诉对方。

2. 服务器端收到带有SYN的报文，记录客户端的初始序号，选择自己的初始序号，设置控制位中的SYN和ACK。因为SYN占用一个序号，所以确认序号设置为客户端的初始序号加1，对客户端的SYN进行确认。

3. 服务器端的报文到达客户端，客户端设置ACK控制位，并把确认号设为服务器的初始序号加1，以确认服务器的SYN报文段，这个报文只是确认信息，告诉服务器已经成功建立了连接。

至此“三次握手”建立连接完成。在TCP连接中，每台主机会创建一个TCB数据结构，存储与连接有关的数据。

第一次握手：建立连接时，[客户端][Link 3]发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN\_SEND状态，等待服务器确认；

[第二次握手][Link 4]：服务器收到syn包，必须确认客户的syn（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入[SYN\_RECV][SYN_RECV]状态；

第[三次握手][Link 2]：[客户端][Link 3]收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，[客户端][Link 3]和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

完成[三次握手][Link 2]，客户端与服务器开始传送数据，在上述过程中，还有一些重要的概念：

未连接队列：在[三次握手][Link 2]协议中，服务器维护一个未连接队列，该队列为每个[客户端][Link 3]的SYN包（syn=j）开设一个条目，该条目表明服务器已收到SYN包，并向客户发出确认，正在等待客户的确认包。这些条目所标识的连接在服务器处于Syn\_RECV状态，当服务器收到客户的确认包时，删除该条目，服务器进入ESTABLISHED状态。

SYN-ACK 重传次数：服务器发送完SYN－ACK包，如果未收到客户确认包，服务器进行首次重传，等待一段时间仍未收到客户确认包，进行第二次重传，如果重传次数超过系统规定的最大重传次数，系统将该连接信息从半连接队列中删除。注意，每次重传等待的时间不一定相同。

半连接存活时间：是指半连接队列的条目存活的最长时间，也即服务从收到SYN包到确认这个[报文][Link 5]无效的最长时间，该时间值是所有重传请求包的最长等待时间总和。有时我们也称半连接存活时间为Timeout时间、SYN\_RECV存活时间。

建立TCP需要三次握手才能建立，而断开连接则需要四次握手。整个过程如下图所示：

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先来看看如何建立连接的。

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首先Client端发送连接请求报文，Server段接受连接后回复ACK报文，并为这次连接分配资源。Client端接收到ACK报文后也向Server段发生ACK报文，并分配资源，这样TCP连接就建立了。

那如何断开连接呢？简单的过程如下：

![0_1312718564tZXD.gif][]

**【注意】中断连接端可以是Client端，也可以是Server端。**

假设Client端发起中断连接请求，也就是发送FIN报文。Server端接到FIN报文后，意思是说"我Client端没有数据要发给你了"，但是如果你还有数据没有发送完成，则不必急着关闭Socket，可以继续发送数据。所以你先发送ACK，"告诉Client端，你的请求我收到了，但是我还没准备好，请继续你等我的消息"。这个时候Client端就进入FIN\_WAIT状态，继续等待Server端的FIN报文。当Server端确定数据已发送完成，则向Client端发送FIN报文，"告诉Client端，好了，我这边数据发完了，准备好关闭连接了"。Client端收到FIN报文后，"就知道可以关闭连接了，但是他还是不相信网络，怕Server端不知道要关闭，所以发送ACK后进入TIME\_WAIT状态，如果Server端没有收到ACK则可以重传。“，Server端收到ACK后，"就知道可以断开连接了"。Client端等待了2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，我Client端也可以关闭连接了。Ok，TCP连接就这样关闭了！

整个过程Client端所经历的状态如下：

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而Server端所经历的过程如下：转载请注明:[blog.csdn.net/whuslei][blog.csdn.net_whuslei]

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**【注意】** 在TIME\_WAIT状态中，如果TCP client端最后一次发送的ACK丢失了，它将重新发送。TIME\_WAIT状态中所需要的时间是依赖于实现方法的。典型的值为30秒、1分钟和2分钟。等待之后连接正式关闭，并且所有的资源(包括端口号)都被释放。

**【问题1】为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？**  
答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

**【问题2】为什么TIME\_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？**

答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME\_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文

[Link 1]: http://baike.baidu.com/view/239600.htm
[TCP_IP]: http://baike.baidu.com/view/7649.htm
[Link 2]: http://baike.baidu.com/view/1003841.htm
[31142738-cc3123bbb2ce414da5224fa0b85277b6.jpg]: /images/20220805/8bb432db00ef403892790d59bc714c0a.png
[Link 3]: http://baike.baidu.com/view/930.htm
[Link 4]: http://baike.baidu.com/view/205949.htm
[SYN_RECV]: http://baike.baidu.com/view/1520054.htm
[Link 5]: http://baike.baidu.com/view/175122.htm
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[blog.csdn.net_whuslei]: http://blog.csdn.net/whuslei/article/details/blog.csdn.net/whuslei
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