计算机网络 TCP三次握手四次挥手

TCP是一种面向连接的可靠传输协议,其连接建立与关闭分别涉及三次握手和四次挥手过程。三次握手确保了双方的接收和发送能力,防止中间人攻击。ISN(初始序列号)为动态生成,防止预测攻击。半连接队列用于存储尚未完成三次握手的连接请求。在第三次握手时,客户端可以携带数据。四次挥手确保双方都能接收到关闭连接的确认,TIME_WAIT状态用于确保对方收到ACK,避免数据丢失。

TCP

传输控制协议(TCP,Transmission Control Protocol)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。在计算机领域这是一个非常重要的协议,基于传输层 TCP 协议的应用层程序有许多:FTP、HTTP1/2等。TCP 创建时需要经过三次握手才能成功建立连接,关闭连接的也需要经过四次挥手才能彻底拆除连接。正是因为复杂的传输协议才为 FTP 提供的可靠性,同时面试官往往也喜欢问这种问题。

三次握手

  1. 客户端发送SYN(SEQ=x)报文给服务器端,进入SYN_SEND状态。
  2. 服务器端收到SYN报文,回应一个SYN (SEQ=y)ACK(ACK=x+1)报文,进入SYN_RECV状态。
  3. 客户端收到服务器端的SYN报文,回应一个ACK(ACK=y+1)报文,进入Established状态。

 

为什么需要三次握手,两次不可以吗?

第一次握手:客户端发送网络包,服务端收到了。
这样服务端就能得出结论:客户端的发送能力、服务端的接收能力是正常的。

第二次握手:服务端发包,客户端收到了。
这样客户端就能得出结论:服务端的接收、发送能力,客户端的接收、发送能力是正常的。不过此时服务器并不能确认客户端的接收能力是否正常。

第三次握手:客户端发包,服务端收到了。

这样服务端就能得出结论:客户端的接收、发送能力正常,服务器自己的发送、接收能力也正常。

因此,需要三次握手才能确认双方的接收与发送能力是否正常。

(ISN)是固定的吗?

三次握手的一个重要功能是客户端和服务端交换 ISN(Initial Sequence Number),以便让对方知道接下来接收数据的时候如何按序列号组装数据。

<think>首先,用户的问题是关于计算机网络TCP三次握手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收和发送的能力。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收到回复。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,服务器在收到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. 客户端发送SYN包(SYN=1, seq=x)到服务器,进入SYN_SENT状态。 2. 服务器接收SYN包,发送SYN-ACK包(SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1),进入SYN_RCVD状态。 3. 客户端接收SYN-ACK包,发送ACK包(ACK=1, seq=x+1, ack=y+1),进入ESTABLISHED状态。服务器接收后也进入ESTABLISHED状态。 为什么三次? - 确保双方都具有发送和接收能力。两次握手时,服务器无法知道客户端是否收到了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)发送FIN包(FIN=1, seq=u),进入FIN_WAIT_1状态。 2. 被动关闭方接收FIN包,发送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. 被动关闭方发送FIN包(FIN=1, seq=w, ack=u+1),进入LAST_ACK状态。 4. 主动关闭方接收FIN包,发送ACK包(ACK=1, seq=u+1, ack=w+1),进入TIME_WAIT状态。等待2MSL后关闭。被动方接收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分开发送,是因为被动方可能还有数据要发送。 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)都具有发送和接收数据的能力,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:客户端发送SYN包** - 客户端向服务器发送一个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** - 服务器收到SYN包后,分配连接资源(如TCB控制块),并发送一个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$ack=x+1$(表示已收到客户端的序列号x)。 - 服务器进入SYN_RCVD状态。 3. **第三步:客户端发送ACK包** - 客户端收到SYN-ACK包后,验证$ack=x+1$是否正确。 - 客户端发送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,引发资源耗尽风险(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收数据(通过SYN-ACK),服务器确认客户端能发数据(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发送(半关闭状态)。过程如下: 1. **第一步:主动关闭方发送FIN包** - 主动关闭方(如客户端)发送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)收到FIN包后,发送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,客户端收到后进入FIN_WAIT_2状态。此时,服务器可能继续发送剩余数据。 3. **第三步:被动关闭方发送FIN包** - 服务器完成数据发送后,发送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** - 客户端收到FIN包后,发送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。服务器收到ACK后立即关闭。 **为什么需要四次挥手?** - ACK和FIN分开发送,是因为被动关闭方可能需时间处理剩余数据(半关闭),无法立即发送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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