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计算机网络面试(7)TCP 三次握手与四次挥手

三次握手

三次握手(Three-way Handshake),是指建立一个 TCP 连接时,需要客户端和服务器总共发送 3 个包。

三次握手的目的是连接服务器指定端口,建立 TCP 连接,并同步连接双方的序列号和确认号,交换 TCP 窗口大小信息。在 socket 编程中,客户端执行 connect() 时。将触发三次握手。

  • 第一次握手(SYN=1, seq=x):

客户端发送一个 TCP 的 SYN 标志位置1的包,指明客户端打算连接的服务器的端口,以及初始序号 X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。

发送完毕后,客户端进入 SYN_SEND 状态。

  • 第二次握手(SYN=1, ACK=1, seq=y, ACKnum=x+1):

服务器发回确认包(ACK)应答。即 SYN 标志位和 ACK 标志位均为1。服务器端选择自己 ISN 序列号,放到 Seq 域里,同时将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的 ISN 加1,即X+1。 发送完毕后,服务器端进入 SYN_RCVD 状态。

  • 第三次握手(ACK=1,ACKnum=y+1)

客户端再次发送确认包(ACK),SYN 标志位为0,ACK 标志位为1,并且把服务器发来 ACK 的序号字段+1,放在确定字段中发送给对方,并且在数据段放写ISN的+1

发送完毕后,客户端进入 ESTABLISHED 状态,当服务器端接收到这个包时,也进入 ESTABLISHED 状态,TCP 握手结束。

三次握手的过程的示意图如下:

img1.png

四次挥手

TCP 的连接的拆除需要发送四个包,因此称为四次挥手(Four-way handshake),也叫做改进的三次握手。客户端或服务器均可主动发起挥手动作,在 socket 编程中,任何一方执行 close() 操作即可产生挥手操作。

  • 第一次挥手(FIN=1,seq=u)

假设客户端想要关闭连接,客户端发送一个 FIN 标志位置为 1 的包,表示自己已经没有数据可以发送了,但是仍然可以接受数据。

发送完毕后,客户端进入 FIN_ WAIT_1 状态。

  • 第二次挥手(ACK=1,ACKnum=u+1)

服务器端确认客户端的 FIN 包,发送一个确认包,表明自己接受到了客户端关闭连接的请求,但还没有准备好关闭连接。

发送完毕后,服务器端进入 CLOSE_ WAIT 状态,客户端接收到这个确认包之后,进入 FIN_ WAIT_2 状态,等待服务器端关闭连接。

  • 第三次挥手(FIN=1,seq=v)

服务器端准备好关闭连接时,向客户端发送结束连接请求,FIN 置为 1。

发送完毕后,服务器端进入 LAST_ACK 状态,等待来自客户端的最后一个 ACK。

  • 第四次挥手(ACK=1,ACKnum=v+1)

客户端接收到来自服务器端的关闭请求,发送一个确认包,并进入 TIME_WAIT状态,等待可能出现的要求重传的 ACK 包。

服务器端接收到这个确认包之后,关闭连接,进入 CLOSED 状态。

客户端等待了某个固定时间(两个最大段生命周期,2MSL,2 Maximum Segment Lifetime)之后,没有收到服务器端的 ACK ,认为服务器端已经正常关闭连接,于是自己也关闭连接,进入 CLOSED 状态。

四次挥手的示意图如下:

img2.png

以上内容来自:
https://hit-alibaba.github.io/interview/basic/network/TCP.html

为什么要三次握手

在谢希仁写的《计算机网络》中提到:「三次握手」的目的是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

以下是书中的解释:

img3.png

所以三次握手可以避免服务端一直等待而浪费资源

为什么要四次挥手

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。

以上内容来自:
https://github.com/jawil/blog/issues/14