TCP三次握手四次挥手

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#jira #测试用例 #测试工程师

于 2019-12-20 19:46:19 首次发布

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①序号：
Seq（Sequence Number）序号占32位，用来标识从计算机A发送到计算机B的数据包的序号，计算机发送数据时对此进行标记。
②确认号：Ack（Acknowledge Number）确认号占32位，客户端和服务器端都可以发送，Ack = Seq + 1。
③标志位：每个标志位占用1Bit，共有6个，分别为 URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN，具体含义如下：

URG：紧急指针（urgent pointer）用于保证TCP连接不被中断，并且督促中间层设备尽快处理。
SYN(synchronous) 建立联机，即建立新的连接。用来建立连接，和下面的第二个标志位ACK搭配使用。连接开始时，SYN=1，ACK=0，代表连接开始但是未获得响应。当连接被响应的时候，标志位会发生变化，其中ACK会置为1，代表确认收到连接请求，此时的标志位变成了 SYN=1，ACK=1。
FIN (finash)关闭连接，SYN不可能和FIN同时为1
ACK(acknowledge)响应，TCP协议规定只有ACK=1时才有效，也规定连接建立后所有发送的报文的ACK必须为1。TCP的几次握手都是通过ACK表现的
PSH(push)有Data数据传输，表示推送操作，就是指数据包到达接收端以后，不对其进行队列处理，而是尽可能的将数据交给应用程序处理；
RST(reset)连接重置
其中SYN一般适合ACK以及FIN等同时使用的，比如SYN和ACK同为1，表示为建立连接之后的响应，如果只是SYN的话，就只单纯地表示连接
RST一般是在FIN之后才出现为1的情况，表示连接重置，重置复位标志，用于复位对应的TCP连接。

一般情况下，只要是出现FIN或者RST包时，可以认为客户端与服务端断开了连接；当出现SYN和SYN+ACK包时，可以认为客户端与服务单建立了连接；PSH为1的情况，一般出现在DATA内容不为0的包中，即PSH为1表示真正的TCP数据包内容被传递

三次握手
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TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了LISTEN（监听） 状态。
TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，这是报文首部中的同部位SYN=1，同时选择一个初始序列号 seq=x ，此时，TCP客户端进程进入了SYN-SENT（同步已发送状态） 状态。TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。
TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了**SYN-RCVD（同步收到)**状态。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。
TCP客户进程收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入 ESTABLISHED（已建立连接） 状态。
TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了。

TCP的三次握手过程？为什么会采用三次握手，若采用二次握手可以吗？
主要是为了防止已经失效地连接请求报文突然又传送到了服务器，从而产生错误
如果有这种情况：
那么客户端向服务端发送了一个请求连接，但是由于网络等原因，这个请求一直滞后，很长时间才到服务端。经过长时间，这个请求到了服务端，服务端接收到此请求，如果是两次握手，那么客户端与服务端将会再次建立连接，造成不必要地错误和资源浪费。
如果是三次握手，那么服务端得到滞后地报文后，不会立即建立连接，而是再次请求客户端，这个时候客户端知道这个报文不就是那个之前滞后地报文吗？直接不理会服务端地请求，避免了建立这种无效地连接

三次握手有两个重要的功能，一是要双方做好发送数据的准备工作且双方都知道彼此已准备好，二要允许双方就初始顺序号进行协商，这个顺序号在握手过程中被发送和确认。如果改为了两次握手，是有可能发生死锁的。在两次握手的设定下，服务器端在成功接受客户端的连接请求SYN后，向客户端发出ACK确定报文时，如果因为网络原因客户端没有接收到，则会一直等待服务器端的ACK报文，而服务器端则认为连接成功建立了，便开始向客户端发送数据。但是客户端因为没有收到服务器端的ACK报文，且不知道服务器的顺序号seq，则会认为连接未成功建立，忽略服务器发出的任何数据。如此客户端一直等待服务器端的ACK报文，而服务器端因为客户端一直没有接收数据，而不断地重复发送数据，从而造成死锁。
如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

答：TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

四次挥手

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客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1)状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了 CLOSE-WAIT（关闭等待） 状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。
服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了
LAST-ACK（最后确认） 状态，等待客户端的确认。
客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了 TIME-WAIT（时间等待） 状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过 2MSL（最长报文段寿命） 的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

为什么客户端最后还要等待2MSL？

MSL（Maximum Segment Lifetime），TCP允许不同的实现可以设置不同的MSL值。

保证客户端发送的最后一个ACK报文能够到达服务器，因为这个ACK报文可能丢失，站在服务器的角度看来，我已经发送了FIN+ACK报文请求断开了，客户端还没有给我回应，应该是我发送的请求断开报文它没有收到，于是服务器又会重新发送一次，而客户端就能在这个2MSL时间段内收到这个重传的报文，接着给出回应报文，并且会重启2MSL计时器。
防止类似与“三次握手”中提到了的“已经失效的连接请求报文段”出现在本连接中。客户端发送完最后一个确认报文后，在这个2MSL时间中，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样新的连接中不会出现旧连接的请求报文。

按照前面所说，当四个报文全部发送完毕后，理论上就算是结束了。但是实际情况往往不会那么可靠，比如最后一条报文发出后丢失了，那么服务器端就不会接收到这一报文，每隔一段时间，服务器端会再次发出FIN报文，此时如果客户端已经断开了，那么就无法响应服务器的二次请求，这样服务器会继续发出FIN报文，从而变成了死循环。所以需要设置一个时间段，如果在这个时间段内接收到了服务器端的再次请求，则代表客户端发出的ACK报文没有接收成功。反之，则代表服务器端成功接收响应报文，客户端进入CLOSED状态，此次连接成功关闭。而这个时间，就规定为了2MSL，即客户端发出ACK报文到服务器端的最大时间 + 服务器没有接收到ACK报文再次发出FIN的最大时间 = 2MSL

为什么建立连接是三次握手，关闭连接确是四次挥手呢？

建立连接的时候，服务器在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时，服务器收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，而自己也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即关闭，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方ACK和FIN一般都会分开发送，从而导致多了一次。

因为当客户端发起关闭连接的请求时，发出的FIN，仅代表客户端没有需要发送给服务器端的数据了。而如果服务器端如果仍有数据需要发送给客户端的话，响应报文ACK和结束报文FIN则就不能同时发送给客户端了。此时，服务器端会先返回一个响应报文，代表接收到了客户端发出的FIN请求，而后在数据传输完了之后，再发出FIN请求，表示服务器端已经准备好断开连接了。所以关闭连接的时候是四次握手。

如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75分钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。