TCP连接


主要包括三部分:建立连接、传输数据、断开连接。

 

建立TCP连接很简单,通过三次握手便可建立连接。

建立好连接后,开始传输数据。TCP数据传输牵涉到的概念很多:超时重传、快速重传、流量控制、拥塞控制等等。

断开连接的过程也很简单,通过四次握手完成断开连接的过程。

TCP 3次握手

    第一次握手:客户端发送syn包(seq=x)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认;
    第二次握手:服务器收到syn包,必须确认客户的SYN(ack=x+1),同时自己也发送一个SYN包(seq=y),即SYN+ACK包,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包,向服务器发送确认包ACK(ack=y+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手。

    
    三次握手:
    第一次握手: A给B打电话说,你可以听到我说话吗?
    第二次握手: B收到了A的信息,然后对A说: 我可以听得到你说话啊,你能听得到我说话吗?  
    第三次握手: A收到了B的信息,然后说可以的,我要给你发信息啦!

    HTTP是基于TCP协议的,所以每次都是客户端发送请求,服务器应答,但是TCP还可以给其他应用层提供服务,即可能A、B在建立链接之后,谁都可能先开始通信。

    如果两次,那么B无法确定B的信息A是否能收到,所以如果B先说话,可能后面的A都收不到,会出现问题 。

    如果四次,那么就造成了浪费,因为在三次结束之后,就已经可以保证A可以给B发信息,A可以收到B的信息; B可以给A发信息,B可以收到A的信息。
    
    握手过程中传送的包里不包含数据,三次握手完毕后,客户端与服务器才正式开始传送数据。
    理想状态下,TCP连接一旦建立,在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前,TCP 连接都将被一直保持下去。

数据传输

    a.超时重传
    超时重传机制用来保证TCP传输的可靠性。每次发送数据包时,发送的数据报都有seq号,接收端收到数据后,会回复ack进行确认,表示某一seq号数据已经收到。发送方在发送了某个seq包后,等待一段时间,如果没有收到对应的ack回复,就会认为报文丢失,会重传这个数据包。
    b.快速重传
    接受数据一方发现有数据包丢掉了。就会发送ack报文告诉发送端重传丢失的报文。如果发送端连续收到标号相同的ack包,则会触发客户端的快速重传。比较超时重传和快速重传,可以发现超时重传是发送端在傻等超时,然后触发重传;而快速重传则是接收端主动告诉发送端数据没收到,然后触发发送端重传。
    c.流量控制
    这里主要说TCP滑动窗流量控制。TCP头里有一个字段叫Window,又叫Advertised-Window,这个字段是接收端告诉发送端自己还有多少缓冲区可以接收数据。于是发送端就可以根据这个接收端的处理能力来发送数据,而不会导致接收端处理不过来。 滑动窗可以是提高TCP传输效率的一种机制。
    d.拥塞控制
    滑动窗用来做流量控制。流量控制只关注发送端和接受端自身的状况,而没有考虑整个网络的通信情况。拥塞控制,则是基于整个网络来考虑的。考虑一下这 样的场景:某一时刻网络上的延时突然增加,那么,TCP对这个事做出的应对只有重传数据,但是,重传会导致网络的负担更重,于是会导致更大的延迟以及更多 的丢包,于是,这个情况就会进入恶性循环被不断地放大。试想一下,如果一个网络内有成千上万的TCP连接都这么行事,那么马上就会形成“网络风暴”,TCP这个协议就会拖垮整个网络。为此,TCP引入了拥塞控制策略。拥塞策略算法主要包括:慢启动,拥塞避免,拥塞发生,快速恢复。

断开连接 4次握手

    第一次挥手:
    主动关闭方发送一个FIN,用来关闭主动方到被动关闭方的数据传送,也就是主动关闭方告诉被动关闭方:我已经不会再给你发数据了(当然,在fin包之前发送出去的数据,如果没有收到对应的ack确认报文,主动关闭方依然会重发这些数据),但此时主动关闭方还可以接受数据。

    第二次挥手:
    被动关闭方收到FIN包后,发送一个ACK给对方,确认序号为收到序号+1(与SYN相同,一个FIN占用一个序号)。

    第三次挥手:
    被动关闭方发送一个FIN,用来关闭被动关闭方到主动关闭方的数据传送,也就是告诉主动关闭方,我的数据也发送完了,不会再给你发数据了。

    第四次挥手:
    主动关闭方收到FIN后,发送一个ACK给被动关闭方,确认序号为收到序号+1,至此,完成四次挥手。


    断开连接4次握手
    关闭端发送消息:我要关闭了,不会再发送数据给你了
    另一端发送消息:收到了
    另一端发送消息:我数据传递完了,不会再发数据了
    关闭端发送消息:我收到消息了
    
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常见问题

   
【问题1】为什么连接的时候是三次握手,关闭的时候却是四次握手?

答:
 TCP建立连接要进行3次握手,而断开连接要进行4次,这是由于TCP的半关闭造成的,因为TCP连接是全双工的( 即数据可在两个方向上同时传递)所以进行开启或关闭时每个方向上都要单独进行开启或关闭,这个单方向的开启或关闭就叫半开启或半关闭. 关闭的方法是一方完成它的数据传输后,就发送一个FIN来向另一方通告将要终止这个方向的连接.当一端收到一个FIN,它必须 通知应用层TCP连接已终止了这个方向的数据传送,发送FIN通常是应用层进行关闭的结果.


【问题2】为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态?

答:虽然按道理,四个报文都发送完毕,我们可以直接进入CLOSE状态了,但是我们必须假象网络是不可靠的,有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在Client发送出最后的ACK回复,但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK,将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭,它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器,等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN,那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间,2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL,Client都没有再次收到FIN,那么Client推断ACK已经被成功接收,则结束TCP连接。

【问题3】为什么不能用两次握手进行连接?

答:如果两次,那么服务端无法确定服务端的信息客户端是否能收到,所以如果服务端先说话,可能后面的客户端都收不到,会出现问题 。
也可以防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端。

【问题4】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。

 

 

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