计算机网络之TCP三次挥手

目录

简单理解        ​

为什么要三次握手 

正式理解 ​

第2次握手传回了ACK,为什么还要传回SYN?


简单理解        

第一次握手:发送端向接收端发送握手请求,发送端表示想创建连接

第二次握手:接收端向发送端发送握手请求,表示接受发送端的连接请求

第三次握手:发送端向接收端发送握手请求,表示连接建立成功

为什么要三次握手 

三次握手的目的是建立可靠的通信信道,说到通讯,简单来说就是数据的发送与接收,而三次握手最主要的目的就是双方确认自己与对方的发送与接收是正常的。

第一次握手:Client 什么都不能确认;Server 确认了对方发送正常,自己接收正常

第二次握手:Client 确认了:自己发送、接收正常,对方发送、接收正常;Server 确认了:对方发送正常,自己接收正常

第三次握手:Client 确认了:自己发送、接收正常,对方发送、接收正常;Server 确认了:自己发送、接收正常,对方发送、接收正常

所以三次握手就能确认双发收发功能都正常,缺一不可

正式理解 

 第一次握手:
客户端将TCP报文标志位SYN置为1,随机产生一个序号值seq=J,保存在TCP首部的序列号(Sequence Number)字段里,指明客户端打算连接的服务器的端口,并将该数据包发送给服务器端,发送完毕后,客户端进入SYN_SENT状态,等待服务器端确认。

第二次握手:
服务器端收到数据包后由标志位SYN=1知道客户端请求建立连接,服务器端将TCP报文标志位SYN和ACK都置为1,ack=J+1,随机产生一个序号值seq=K,并将该数据包发送给客户端以确认连接请求,服务器端进入SYN_RCVD状态。

第三次握手:
客户端收到确认后,检查ack是否为J+1,ACK是否为1,如果正确则将标志位ACK置为1,ack=K+1,并将该数据包发送给服务器端,服务器端检查ack是否为K+1,ACK是否为1,如果正确则连接建立成功,客户端和服务器端进入ESTABLISHED状态,完成三次握手,随后客户端与服务器端之间可以开始传输数据了。

第2次握手传回了ACK,为什么还要传回SYN?

         接收端传回发送端所发送的ACK是为了告诉客户端,我接收到的信息确实就是你所发送的信号了,这表明从客户端到服务端的通信是正常的。而回传SYN则是为了建立并确认从服务端到客户端的通信。 

<think>首先,用户的问题是关于计算机网络TCP三次握手和四次挥手的原理及过程。我需要参考提供的引用,这些引用解释了一些关键点: - 引用[1]:TCP使用三次握手和四次挥手来建立和终止连接,目的是确保可靠的连接建立和终止,保护数据的完整性和可靠性。 - 引用[2]:三次握手确保双方具有接送的能力。两次握手可能导致资源浪费,因为服务器无法确认客户端是否到回复。四次挥手可以优化为三次,但挥手过程是四次。 - 引用[3]:如果采用两次握手,服务器在到SYN包后立即分配资源,可能导致无效连接占用资源,如端口耗尽或内存泄漏。 用户要求了解原理及过程,所以我需要系统地解释TCP三次握手和四次挥手的步骤、原因和目的。 根据系统级指令: - 所有行内数学表达式使用$...$格式。 - 独立公式使用$$...$$格式并单独成段。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 在回答中引用的段落末尾添加引用标识。 - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题,保证真实可靠。 结构我的回答: 1. **介绍TCP连接管理**:简要介绍TCP是面向连接的协议,需要建立和终止连接。 2. **TCP三次握手原理及过程**: - 步骤:详细描述三次握手的过程。 - 目的:解释为什么需要三次握手,而不是两次或四次。 - 引用相关部分:例如,为什么两次握手会导致问题(如资源浪费)。 3. **TCP四次挥手原理及过程**: - 步骤:详细描述四次挥手的过程。 - 目的:解释为什么需要四次挥手,以及为什么它不能简化成三次在某些情况下。 - 注意引用中提到四次挥手可以优化为三次,但标准是四次,因为挥手涉及半关闭状态。 4. **总结**:强调可靠性的重要性。 5. **生成相关问题**:在最后添加相关问题。 在回答中,我需要自然地添加引用标识。例如,当提到资源浪费时,引用[3]。 现在,详细内容: ### TCP三次握手 过程: 1. 客户端送SYN包(SYN=1, seq=x)到服务器,进入SYN_SENT状态。 2. 服务器接SYN包,送SYN-ACK包(SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1),进入SYN_RCVD状态。 3. 客户端接SYN-ACK包,送ACK包(ACK=1, seq=x+1, ack=y+1),进入ESTABLISHED状态。服务器接后也进入ESTABLISHED状态。 为什么三次? - 确保双方都具有送和接能力。两次握手时,服务器无法知道客户端是否到了ACK,可能导致服务器资源被无效连接占用[^3]。 ### TCP四次挥手 过程: 1. 主动关闭方(如客户端)送FIN包(FIN=1, seq=u),进入FIN_WAIT_1状态。 2. 被动关闭方接FIN包,送ACK包(ACK=1, seq=v, ack=u+1),进入CLOSE_WAIT状态。主动方进入FIN_WAIT_2状态。 3. 被动关闭方送FIN包(FIN=1, seq=w, ack=u+1),进入LAST_ACK状态。 4. 主动关闭方接FIN包,送ACK包(ACK=1, seq=u+1, ack=w+1),进入TIME_WAIT状态。等待2MSL后关闭。被动方接ACK后关闭。 为什么四次? - 因为连接是全双工的,关闭需要双方都确认关闭。ACK和FIN分开送,是因为被动方可能还有数据要送。 引用中提到“四次挥手可以优化为三次”,但在标准TCP中,是四次,因为ACK和FIN不能总是合并。 现在,生成相关问题: 1. TCP三次握手为什么能防止资源浪费? 2. TCP四次挥手时TIME_WAIT状态的作用是什么? 3. TCP连接管理中还有其他优化机制吗? 确保使用正确格式: - 对于数学表达式,如果有序列号,可以使用行内格式,如$seq=x$。 - 独立公式可能不常用,如果有必要,比如计算时间,但这里可能不需要。 最终回答结构: 1. 介绍 2. 三次握手详细解释 3. 四次挥手详细解释 4. 总结 5. 相关问题 </think> ### TCP三次握手和四次挥手的原理及过程 TCP(传输控制协议)是一种面向连接的可靠传输协议,在通信前需建立连接,通信后需终止连接,以确保数据的完整性、有序性和可靠性。TCP使用“三次握手”建立连接和“四次挥手”终止连接,以下将逐步解释其原理和过程。整个过程基于序列号(如$seq=x$)和确认号(如$ack=x+1$)机制,确保数据同步[^1][^2]。 #### 1. **TCP三次握手(连接建立过程)** 三次握手确保通信双方(客户端和服务器)都具有送和接数据的能力,防止无效连接占用资源(如端口或内存)。如果采用两次握手,服务器可能为延迟的SYN包分配资源,导致资源浪费或耗尽[^3]。过程如下: 1. **第一步:客户端送SYN包** - 客户端向服务器送一个SYN(Synchronize)包,设置SYN标志位为1,并生成一个随机初始序列号$seq=x$。 - 客户端进入SYN_SENT状态。 2. **第二步:服务器回复SYN-ACK包** - 服务器到SYN包后,分配连接资源(如TCB控制块),并送一个SYN-ACK包(同时设置SYN=1和ACK=1)。 - 包中包含:服务器的初始序列号$seq=y$,以及确认号$ack=x+1$(表示已到客户端的序列号x)。 - 服务器进入SYN_RCVD状态。 3. **第三步:客户端送ACK包** - 客户端到SYN-ACK包后,验证$ack=x+1$是否正确。 - 客户端送ACK包(ACK=1),序列号为$seq=x+1$,确认号为$ack=y+1$。 - 双方进入ESTABLISHED状态,连接建立完成。 **为什么需要三次握手?** - 两次握手(省略第三步)可能导致服务器在未确认客户端状态时分配资源。如果旧SYN包延迟到达,服务器可能创建无效连接,引资源耗尽风险(如端口占满)。 - 三次握手确保双工通信可靠:客户端确认服务器能数据(通过SYN-ACK),服务器确认客户端能数据(通过ACK)。 #### 2. **TCP四次挥手(连接终止过程)** 四次挥手用于安全关闭全双工连接,确保双方数据都传输完毕。挥手过程不能简化为三次,因为服务器可能还有数据需送(半关闭状态)。过程如下: 1. **第一步:主动关闭方送FIN包** - 主动关闭方(如客户端)送FIN(Finish)包,设置FIN标志位为1,序列号为$seq=u$。 - 客户端进入FIN_WAIT_1状态。 2. **第二步:被动关闭方回复ACK包** - 被动关闭方(如服务器)到FIN包后,送ACK包(ACK=1),序列号为$seq=v$,确认号为$ack=u+1$。 - 服务器进入CLOSE_WAIT状态,客户端到后进入FIN_WAIT_2状态。此时,服务器可能继续送剩余数据。 3. **第三步:被动关闭方送FIN包** - 服务器完成数据送后,送FIN包(FIN=1),序列号为$seq=w$(通常$w = v + \text{数据长度}$),确认号仍为$ack=u+1$。 - 服务器进入LAST_ACK状态。 4. **第四步:主动关闭方回复ACK包** - 客户端到FIN包后,送ACK包(ACK=1),序列号为$seq=u+1$,确认号为$ack=w+1$。 - 客户端进入TIME_WAIT状态,等待2MSL(最大报文段生存时间,通常2分钟)后关闭,防止旧包干扰新连接。服务器到ACK后立即关闭。 **为什么需要四次挥手?** - ACK和FIN分开送,是因为被动关闭方可能需时间处理剩余数据(半关闭),无法立即送FIN[^2]。 - TIME_WAIT状态确保最后一个ACK可靠到达,避免连接混乱[^1]。 #### 总结 TCP三次握手和四次挥手是保证可靠传输的核心机制:握手防止连接错误建立,挥手确保优雅终止。这些过程通过序列号和标志位(如SYN、ACK、FIN)实现同步,解决了网络延迟和丢包问题[^1][^3]。在实际网络中,优化如SYN Cookie可减少握手资源开销,但基本流程不变。
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