TCP協議的三次握手和四次揮手過程">TCP協議的三次握手和四次揮手過程

1、TCP/IP協議族

TCP/IP是一個協議族，通常分不同層次進行開發，每個層次負責不同的通信功能。包含以下四個層次：

鏈路層：

也稱作數據鏈路層或者網絡接口層，通常包括操作系統中的設備驅動程序和計算機中對應的網絡接口卡。它們一起處理與電纜(或其他任何傳輸媒介)的物理接口細節。

網絡層：

也稱作互聯網層，處理分組在網絡中的活動，例如分組的選路。網絡層協議包括IP協議(網際協議)、ICMP協議(Internet互聯網控制報文協議)，以及IGMP協議(Internet組管理協議)。

運輸層主要為兩臺主機上的應用程序提供端到端的通信：

有兩個互不相同的傳輸協議：TCP(傳輸控制協議)和UDP(用戶數據報協議)。TCP為兩臺主機提供高可靠性的數據通信。他所作的工作包括把應用程序交給它的數據分成合適的小塊交給下面的網絡層，確認接收到的分組，設置發送最後確認分組的超時時鐘等。由於運輸層提供了高可靠性的端到端通信，因此應用層可以忽略所有這些細節。而另一方面，UDP則為應用層提供一種非常簡單的服務。它只是把稱作數據報的分組從一臺主機發送到另一臺主機，但並不保證該數據報能到達另一端。任何必須的可靠性必須由應用層來提供。

應用層負責處理特定的應用程序細節：

包括Telnet(遠程登錄)、FTP(文件傳輸協議)、SMTP(簡單郵件傳送協議)以及SNMP(簡單網絡管理協議)等。

2、TCP協議簡介

TCP是一種面向連接(連接導向)的、可靠的基於字節流的傳輸層通信協議。TCP將用戶數據打包成報文段，它發送後啟動一個定時器，另一端收到的數據進行確認、對失序的數據重新排序、丟棄重復數據。

TCP的特點有：

1. TCP是面向連接的運輸層協議
2. 每一條TCP連接只能有兩個端點，每一條TCP連接只能是點對點的
3. TCP提供可靠交付的服務
4. TCP提供全雙工通信。數據在兩個方向上獨立的進行傳輸。因此，連接的每一端必須保持每個方向上的傳輸數據序號。
5. 面向字節流。面向字節流的含義：雖然應用程序和TCP交互是一次一個數據塊，但TCP應用程序交下來的數據僅僅是一連串的無結構的字節流。

TCP報文首部，如下圖所示:

1. 源端口號：數據發起者的端口號，16bit
2. 目的端口號：數據接收者的端口號，16bit
3. 序號：32bit的序列號，由發送方使用
4. 確認序號：32bit的確認號，是接收數據方期望收到發送方的下一個報文段的序號，因此確認序號應當是上次已成功收到數據字節序號加1。
5. 首部長度：首部中32bit字的數目，可表示15*32bit=60字節的首部。一般首部長度為20字節。
6. 保留：6bit, 均為0
7. 緊急URG：當URG=1時，表示報文段中有緊急數據，應盡快傳送。
8. 確認比特ACK：ACK = 1時代表這是一個確認的TCP包，取值0則不是確認包。
9. 推送比特PSH：當發送端PSH=1時，接收端盡快的交付給應用進程。
10. 復位比特(RST)：當RST=1時，表明TCP連接中出現嚴重差錯，必須釋放連接，再重新建立連接。
11. 同步比特SYN：在建立連接是用來同步序號。SYN=1， ACK=0表示一個連接請求報文段。SYN=1，ACK=1表示同意建立連接。
12. 終止比特FIN：FIN=1時，表明此報文段的發送端的數據已經發送完畢，並要求釋放傳輸連接。
13. 窗口：用來控制對方發送的數據量，通知發放已確定的發送窗口上限。
14. 檢驗和：該字段檢驗的範圍包括首部和數據這兩部分。由發端計算和存儲，並由收端進行驗證。
15. 緊急指針：緊急指針在URG=1時才有效，它指出本報文段中的緊急數據的字節數。
16. 選項：長度可變，最長可達40字節。

3、 三次握手過程詳解

所謂三次握手(Three-Way Handshake)即建立TCP連接，就是指建立一個TCP連接時，需要客戶端和服務端總共發送3個包以確認連接的建立。在socket編程中，這一過程由客戶端執行connect來觸發，整個流程如下圖所示：

(1)第一次握手：

Client將標誌位SYN置為1，隨機產生一個值seq=J，並將該數據包發送給Server，Client進入SYN_SENT狀態，等待Server確認。

(2)第二次握手：

Server收到數據包後由標誌位SYN=1知道Client請求建立連接，Server將標誌位SYN和ACK都置為1，ack=J+1，隨機產生一個值seq=K，並將該數據包發送給Client以確認連接請求，Server進入SYN_RCVD狀態。

(3)第三次握手：

Client收到確認後，檢查ack是否為J+1，ACK是否為1，如果正確則將標誌位ACK置為1，ack=K+1，並將該數據包發送給Server，Server檢查ack是否為K+1，ACK是否為1，如果正確則連接建立成功，Client和Server進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手，隨後Client與Server之間可以開始傳輸數據了。

4、四次揮手過程詳解

所謂四次揮手(Four-Way Wavehand)即終止TCP連接，就是指斷開一個TCP連接時，需要客戶端和服務端總共發送4個包以確認連接的斷開。在socket編程中，這一過程由客戶端或服務端任一方執行close來觸發，整個流程如下圖所示：

由於TCP連接時全雙工的，因此，每個方向都必須要單獨進行關閉，這一原則是當一方完成數據發送任務後，發送一個FIN來終止這一方向的連接，收到一個FIN只是意味著這一方向上沒有數據流動了，即不會再收到數據了，但是在這個TCP連接上仍然能夠發送數據，直到這一方向也發送了FIN。首先進行關閉的一方將執行主動關閉，而另一方則執行被動關閉，上圖描述的即是如此。

第一次揮手：

Client發送一個FIN，用來關閉Client到Server的數據傳送，Client進入FIN_WAIT_1狀態。

第二次揮手：

Server收到FIN後，發送一個ACK給Client，確認序號為收到序號+1(與SYN相同，一個FIN占用一個序號)，Server進入CLOSE_WAIT狀態。

第三次揮手：

Server發送一個FIN，用來關閉Server到Client的數據傳送，Server進入LAST_ACK狀態。

第四次揮手：

Client收到FIN後，Client進入TIME_WAIT狀態，接著發送一個ACK給Server，確認序號為收到序號+1，Server進入CLOSED狀態，完成四次揮手。

結語

為什麽建立連接是三次握手，而關閉連接卻是四次揮手呢?

這是因為服務端在LISTEN狀態下，收到建立連接請求的SYN報文後，把ACK和SYN放在一個報文裏發送給客戶端。而關閉連接時，當收到對方的FIN報文時，僅僅表示對方不再發送數據了但是還能接收數據，己方也未必全部數據都發送給對方了，所以己方可以立即close，也可以發送一些數據給對方後，再發送FIN報文給對方來表示同意現在關閉連接，因此，己方ACK和FIN一般都會分開發送。

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