TCP 三次握手和四次挥手

本文详细解析了TCP协议中的三次握手建立连接的过程及其必要性,避免因失效请求导致错误连接。同时,深入探讨了四次挥手的连接关闭流程,解释了客户端为何需要在TIME-WAIT状态等待2MSL时间。

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TCP 三次握手和四次挥手

三次握手

三次握手
如图所示,客户端主动打开连接,服务端被动打开连接。连接过程如下:

  1. 客户端发送连接请求报文段,同步位 SYN = 1,同时选择一个初始序号 seq = x(TCP 协议规定,SYN 报文段,也就是 SYN = 1 的报文段不能携带数据,但是会消耗一个序号),这时客户端进入 SYN-SENT (同步已发送)状态。

  2. 服务端接收到连接请求报文段以后,如果同意连接,则向客户端发送确认。确认报文段中 SYN 位和 ACK 位都置为 1,确认号是 ack = x + 1,同时也为自己选择一个初始序号 seq = y,服务端进入到 SYN-RCVD(同步收到)状态。

  3. 客户端收到服务端的确认号以后,还要向服务端发送确认。确认报文段的 ACK 置 1,确认号 ack = y + 1,自己的序号 seq = x + 1(TCP 协议规定,ACK 报文段可以携带数据,但是如果不携带数据就不消耗序号,下一个数据报文段的序号仍然是 seq = x + 1),这时 TCP 连接已经建立,客户端进入到 ESTABLISHED(已建立连接)状态,服务端接收到确认报文后也进入到 ESTABLISHED 状态。

为什么需要第三次握手?

因为要防止已失效的连接请求报文突然又传送到了服务端,因而产生错误。

如果是两次握手,当客户端发送请求给服务端,但是可能因为网络原因请求没有到达,客户端再次发送请求,然后收到了确认,建立了连接。当数据传输完成后客户端和服务端连接关闭,此时之前那个失效的连接到达了服务端,服务端以为是客户端又发送了一次请求,因此给客户端返回了确认报文,如果是两次握手,那么客户端收到确认报文以后连接就建立了。

如果采用三次连接,服务端发送了响应报文,但是客户端不认识,就拒绝连接,这样连接就不会建立。

四次挥手

四次挥手

如图所示,客户端主动关闭连接,服务端被动关闭:

  1. 客户端发送断开连接请求,报文段首部 FIN = 1,序号 seq = u(等于前面已经传输过的数据的最后一个字节的序号 +1),这时客户端进入 FIN-WAIT-1(终止等待 1)状态,等待服务端的确认。

  2. 服务端收到连接释放报文段以后发出确认,确认号为 ack = u + 1,这个报文段自己的序号为 v(服务端前面已经传送过的数据的最后一个字节的序号 +1),然后服务端进入到 CLOSE-WAIT(关闭等待)状态,服务端进程通知上层应用进程,然后客户端到服务端这个方向的连接就释放了,这时 TCP 连接处于半关闭(half-close)状态,即客户端已经没有数据要发送了,服务端如果还有数据要发送,客户端仍然可以接收到。客户端收到服务端的确认后,进入到 FIN-WAIT-2(终止等待 2)状态,等待服务端发送释放连接报文段。

  3. 当服务端没有要发给客户端的数据以后,向客户端发送连接释放报文段,报文段首部 FIN = 1,假定当前服务端的序号为 w(在半关闭期间服务端可能又发送有数据),报文还需要加上上次已经发送过的确认号 ack = u + 1,这时服务端进入到 LAST-ACK(最后确认状态),等待客户端的确认。

  4. 客户端收到服务端的连接释放报文段以后需要发出确认,在确认报文段中将 ACK 置为 1,确认号 ack = w + 1,自己的序号 seq = u + 1,然后进入到 TIME-WAIT(时间等待)状态,此时连接还没有释放,必须经过时间等待计时器设置的时间 2MSL 后(这个时间可能有不同的长度),客户端才进去到 CLOSED 状态。

为什么客户端在 TIME-WAIT 状态必须等待 2MSL 时间?

  1. 为了保证客户端发送的最后一个 ACK 报文段能够到达服务端,处在 LAST-ACK 状态的服务端如果一定时间内收不到确认报文,就会超时重传连接释放报文段,如果客户端不等待,那么服务端就无法正常关闭。

  2. 防止已失效的连接请求报文段,客户端发送完最后一个 ACK 报文段以后,经过时间 2MSL,就可以使本次连接内所有的报文段都从网络中消失,下一次连接就不会出现旧的连接请求报文段。

资源下载链接为: https://pan.quark.cn/s/67c535f75d4c 在机器人技术中,轨迹规划是实现机器人从一个位置平稳高效移动到另一个位置的核心环节。本资源提供了一套基于 MATLAB 的机器人轨迹规划程序,涵盖了关节空间笛卡尔空间两种规划方式。MATLAB 是一种强大的数值计算与可视化工具,凭借其灵活易用的特点,常被用于机器人控制算法的开发与仿真。 关节空间轨迹规划主要关注机器人各关节角度的变化,生成从初始配置到目标配置的连续路径。其关键知识点包括: 关节变量:指机器人各关节的旋转角度或伸缩长度。 运动学逆解:通过数学方法从末端执行器的目标位置反推关节变量。 路径平滑:确保关节变量轨迹连续且无抖动,常用方法有 S 型曲线拟合、多项式插值等。 速度加速度限制:考虑关节的实际物理限制,确保轨迹在允许的动态范围内。 碰撞避免:在规划过程中避免关节与其他物体发生碰撞。 笛卡尔空间轨迹规划直接处理机器人末端执行器在工作空间中的位置姿态变化,涉及以下内容: 工作空间:机器人可到达的所有三维空间点的集合。 路径规划:在工作空间中找到一条从起点到终点的无碰撞路径。 障碍物表示:采用二维或三维网格、Voronoi 图、Octree 等数据结构表示工作空间中的障碍物。 轨迹生成:通过样条曲线、直线插值等方法生成平滑路径。 实时更新:在规划过程中实时检测并避开新出现的障碍物。 在 MATLAB 中实现上述规划方法,可以借助其内置函数工具箱: 优化工具箱:用于解决运动学逆解路径规划中的优化问题。 Simulink:可视化建模环境,适合构建仿真复杂的控制系统。 ODE 求解器:如 ode45,用于求解机器人动力学方程轨迹执行过程中的运动学问题。 在实际应用中,通常会结合关节空间笛卡尔空间的规划方法。先在关节空间生成平滑轨迹,再通过运动学正解将关节轨迹转换为笛卡
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