TCP三次握手与四次挥手

- TCP协议头部的格式

• Source Port与Destination Port：分别占用16位，表示源端口号和目的端口号；用于区别主机中不同的进程，而IP地址是用来区分不同的主机的，源端口号与目的端口号配合上IP首部的源IP地址和目的IP地址，就可以确定一个TCP连接。

• Sequence Number：用来识别从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的第一个数据字节在数据流的序号；主要用于解决网络乱报序的问题。

• Acknowledge Number：32位确认序列号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。因此，确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1。不过，只有当标志位中的ACK标志位为1时，该确认序列号的字段才生效。主要用来解决不丢包的问题。

• Offset：给出首部中32bit字的数量，需要这个值是因为任选字段的长度是可变的。这个字段占4bit（4bit可以表示为0-15的数字），因此最多可以表示15个32bit的字。故TCP最多有60字节的首部。正常的长度是20字节。

• TCP Flags：TCP首部中有6个标志比特，它们中多个可以同时设置为1，主要用于操纵TCP的状态机，依次为URG，ACK，PSH，SYN，FIN

  • URG：此标志表示TCP包的紧急指针域有效，用来保证TCP连接不会被中断，并且督促中间层设备要尽快处理这些数据。

  • ACK：此标志表示应答域有效，就是前面所说的TCP应答号将会包含在TCP数据报中，有2个取值：0或者1, 1表示应答域有效，0表示无效。

  • PSH：这个标志表示Push操作。所谓Push操作就是指在数据包到达接受端以后，立即传送给应用程序，而不是在缓冲区中排队。

  • RST：表示同步序号，用来建立连接。SYN标志位与ACK标志位搭配使用，当连接请求的时候：SYN=1，ACK=0；当连接被响应的时候，SYN=1，ACK=1。这个标志的数据包经常被用来进行端口扫描。扫描者发送一个只有SYN的数据包，如果对方主机响应了一个数据包回来，表明这台主机存在这个端口。但是由于这种扫描方式只是对TCP三次握手的第一次握手，因此这种扫描的成功表示被扫描的主机不很安全，一台安全的主机将会强制要求严格的进行TCP的三次握手。

  • FIN：表示发送端已经达到了数据末尾，也就是说双方的数据传送完成，没有数据可以传送了，发送FIN标志位的TCP数据包后，连接将被断开。这个标志的数据包也经常被用于进行端口扫描。

• Window：窗口大小，也就是有名的滑动窗口，用来进行流量控制；这是一个复杂的问题。看别的

  

- 三次握手

• 第一次握手：建立连接。客户端发送请求报文段，将SYN位置设置为1，Sequence Number为x，然后客户端进入SYN_SEND状态，等待服务器的确认。

• 第二次握手：服务器收到SYN报文段，需要对这个SYN报文段进行确认，设置Acknowledgment Number为x+1(Sequence Number + 1)。同时，自己还要发送SYN请求信息，将SYN设置为1，Sequence Number为y；服务器将上述所有信息放到一个报文段（即SYN+ACK）中，一并发送到客户端，此时服务器进入SYN_RECV状态。

• 第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。然后将Acknowledgment Number设置为y+1，向服务器发送ACK报文段，这个报文段发送完毕以后，客户端和服务端都进行Establish的状态，完成TCP三次握手。

- 四次挥手

* #### 第一次挥手：主机1（可以是客户端，或是服务器），设置Sequence Number和Acknowledgment Number，向主机2发送一个FIN报文段；此时，主机1进入FIN_WAIT_1状态，这表明主机1没有数据要发送给主机2了

• 第二次挥手：主机2收到了主机1发送的FIN报文段，向主机1回一个ACK报文段，设置ACK Number为x(SEQ Number+1)；主机1进入FIN_WAIT_2状态，主机2告诉主机1，我同意关闭。

• 第三次挥手：主机2向主机1发送FIN报文段，请求关闭连接，同时主机2进入LAST_ACK状态。

• 第四次挥手：主机1收到主机2发送的FIN报文段，向主机2发送ACK报文段，然后主机1进入TIME_WAIT状态；主机2收到主机1的ACK报文段以后，就关闭连接；此外，主机1等待2MSL后依然没有收到回复，证明Server端已经正常关闭，主机1也可以正常关闭了。

- 为什么是三次握手

• 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。防止服务器端的一直等待而浪费资源。

• 例：“已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下：client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络节点长时间的逗留，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后，被误以为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段，同意建立连接。假设不是“三次握手”，那么只要server发出确认，新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬server的确认，也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待server发来数据。这样，server的资源就被白白浪费了。采用三次握手的办法可以防止上述现象的发生。例如上述情况，client不会向server的确认发出确认，server就懂了。

- 为什么要四次挥手

• TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议。TCP是全双工模式，他意味着，当主机1发出FIN报文段时，只是表明主机1已经没有数据要发送了，主机1告诉主机2，他的数据已经全部发送完毕。但是，这个时候主机1还是可以接受主机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，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。我们需要了解四次分手过程中的状态变化。

  • FIN_WAIT_1：FIN_WAIT_1与FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文，区别在于：FIN_WAIT_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时，它想主动关闭连接，向对方发送FIN报文，此时该SOCKET即进入到FIN_WAIT_1状态。而当对方回应ACK报文后，则进入到FIN_WAIT_2状态，当然在实际的正常情况下，无论对方何种情况下，都应该马上回应ACK报文，所以FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的，而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到。(主动方)

  • FIN_WAIT_2：实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET，表示半连接，也即有一方要求close连接，但另外还告诉对方，我暂时还有点数据需要传送给你（ACK信息）, 稍后关闭连接。（主动方）

  • CLOSE_WAIT：这种状态的含义其实是表示在等待关闭。当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己，你的系统毫无疑问会回应一个ACK报文给对方，此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来，实际上你真正需要考虑的事情是查看你是否还有数据要发给对方。如果没有的话，就可以close这个SOCKET，发送FIN报文给对方，也即关闭连接。所以你在CLOSE_WAIT状态下，需要完成的事情是等待你去关闭连接。（被动方）

  • LAST_ACK：它是被动关闭一方在发送FIN报文中，最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文，也即进入CLOSED可用状态了。（被动方）

  • TIME_WAIT：表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。如果在FIN_WAIT_1状态下，收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入到TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态（主动方）

  • CLOSED：表示连接中断。