TCP/IP协议中三次握手四次挥手的原理及流程分析

2020年2月25日05:20:27TCP/IP协议中三次握手四次挥手的原理及流程分析已关闭评论 242 3325字阅读11分5秒
摘要

这篇文章主要介绍了TCP/IP协议中三次握手四次挥手的原理及流程分析,具有一定参考价值,需要的同学可以了解下。

当初学的是通信专业,毕业以后,同学们各奔东西,去追逐自己的梦想,奔波于大大小小的工地之间。哈哈,开个玩笑,也有厉害的,进了某某研究所,嗯?他爸不是所长,内心不要太阴暗。记得有一门十分高大上的课程,名字叫做计算机网络(大概是这个名字吧)。里面有一个关于握手的概念,现在温习一下。

先来看看原理图:

TCP是面向连接的,无论哪一方向另一方发送数据之前,都必须先在双方之间建立一条连接。在TCP/IP协议中,TCP 协议提供可靠的连接服务,连接是通过三次握手进行初始化的。三次握手的目的是同步连接双方的序列号和确认号 并交换 TCP窗口大小信息。

1.第一次握手:建立连接。客户端发送连接请求报文段,将SYN位置为1,Sequence Number为x;然后,客户端进入SYN_SEND状态,等待服务器的确认;

2.第二次握手:服务器收到SYN报文段。服务器收到客户端的SYN报文段,需要对这个SYN报文段进行确认,设置Acknowledgment Number为x+1(Sequence Number+1);同时,自己自己还要发送SYN请求信息,将SYN位置为1,Sequence Number为y;服务器端将上述所有信息放到一个报文段(即SYN+ACK报文段)中,一并发送给客户端,此时服务器进入SYN_RECV状态;

3.第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。然后将Acknowledgment Number设置为y+1,向服务器发送ACK报文段,这个报文段发送完毕以后,客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态,完成TCP三次握手。

完成了三次握手,客户端和服务器端就可以开始传送数据。以上就是TCP三次握手的总体介绍。

那四次挥手呢?

当客户端和服务器通过三次握手建立了TCP连接以后,当数据传送完毕,肯定是要断开TCP连接的啊。那对于TCP的断开连接,这里就有了神秘的“四次挥手”。

1.第一次挥手: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.第二次挥手: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.第三次挥手: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.第四次挥手: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的四次挥手就这么愉快的完成了。当你看到这里,你的脑子里会有很多的疑问,很多的不懂,感觉很凌乱;没事,我们继续总结。

为什么要三次握手?

所谓三次握手(Three-Way Handshake)即建立TCP连接,就是指建立一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。在socket编程中,这一过程由客户端执行connect来触发。

既然总结了TCP的三次握手,那为什么非要三次呢?怎么觉得两次就可以完成了。那TCP为什么非要进行三次连接呢?在谢希仁的《计算机网络》中是这样说的:

为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端,因而产生错误。

在书中同时举了一个例子,如下:

"已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下: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。

为什么要四次挥手?

那四次挥手又是为何呢?

所谓四次挥手(Four-Way Wavehand)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。在socket编程中,这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发。

TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议。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挥手的原理,就需要了解四次挥手过程中的状态变化。

FIN_WAIT_1: 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。 (主动方)

FIN_WAIT_2: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(ACK信息),稍后再关闭连接。 (主动方)

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。(被动方)

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。(被动方)

TIME_WAIT: 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FINWAIT1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。(主动方)

CLOSED: 表示连接中断。

总结

 以上就是本文关于TCP/IP协议中三次握手四次挥手的原理及流程分析的全部内容,希望对大家有所帮助。如有不足之处,欢迎留言指出,期待您的宝贵意见。

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