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TCP/IP 三次握手與四次揮手詳解

    所謂三次握手(Three-way Handshake),是指建立一個TCP連接配接時,需要用戶端和伺服器總共發送3個包。

    三次握手的目的是連接配接伺服器指定端口,建立TCP連接配接,并同步連接配接雙方的序列号和确認号并交換 TCP 視窗大小資訊.在socket程式設計中,用戶端執行connect()時。将觸發三次握手。

    建立連接配接協定(三次握手)

    (1)用戶端發送一個帶SYN标志的TCP封包到伺服器。這是三次握手過程中的封包1。

    (2)伺服器端回應用戶端的,這是三次握手中的第2個封包,這個封包同時帶ACK标志和SYN标志。是以它表示對剛才用戶端SYN封包的回應;同時又标志SYN給用戶端,詢問用戶端是否準備好進行資料通訊。

    (3)客戶必須再次回應服務段一個ACK封包,這是封包段3。

TCP/IP 三次握手與四次揮手詳解

    TCP的連接配接的拆除需要發送四個包,是以稱為四次揮手(four-way handshake)。用戶端或伺服器均可主動發起揮手動作,在socket程式設計中,任何一方執行close()操作即可産生揮手操作。

    連接配接終止協定(四次揮手)

    由于TCP連接配接是全雙工的,是以每個方向都必須單獨進行關閉。這原則是當一方完成它的資料發送任務後就能發送一個FIN來終止這個方向的連接配接。收到一個 FIN隻意味着這一方向上沒有資料流動,一個TCP連接配接在收到一個FIN後仍能發送資料。首先進行關閉的一方将執行主動關閉,而另一方執行被動關閉。

    (1) TCP用戶端發送一個FIN,用來關閉客戶到伺服器的資料傳送。

    (2) 伺服器收到這個FIN,它發回一個ACK,确認序号為收到的序号加1。和SYN一樣,一個FIN将占用一個序号。

    (3) 伺服器關閉用戶端的連接配接,發送一個FIN給用戶端。

    (4) 客戶段發回ACK封包确認,并将确認序号設定為收到序号加1。

TCP/IP 三次握手與四次揮手詳解

    LISTEN: 這個也是非常容易了解的一個狀态,表示伺服器端的某個SOCKET處于監聽狀态,可以接受連接配接了。

    SYN_RCVD: 這個狀态表示接受到了SYN封包,在正常情況下,這個狀态是伺服器端的SOCKET在建立TCP連接配接時的三次握手會話過程中的一個中間狀态,很短暫,基本上用netstat你是很難看到這種狀态的,除非你特意寫了一個用戶端測試程式,故意将三次TCP握手過程中最後一個ACK封包不予發送。是以這種狀态時,當收到用戶端的ACK封包後,它會進入到ESTABLISHED狀态。

    SYN_SENT: 這個狀态與SYN_RCVD遙想呼應,當用戶端SOCKET執行CONNECT連接配接時,它首先發送SYN封包,是以也随即它會進入到了SYN_SENT狀态,并等待服務端的發送三次握手中的第2個封包。SYN_SENT狀态表示用戶端已發送SYN封包。

    ESTABLISHED:這個容易了解了,表示連接配接已經建立了。

    FIN_WAIT_1: 這個狀态要好好解釋一下,其實FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2狀态的真正含義都是表示等待對方的FIN封包。而這兩種狀态的差別是:FIN_WAIT_1狀态實際上是當SOCKET在ESTABLISHED狀态時,它想主動關閉連接配接,向對方發送了FIN封包,此時該SOCKET即進入到FIN_WAIT_1狀态。而當對方回應ACK封包後,則進入到FIN_WAIT_2狀态,當然在實際的正常情況下,無論對方何種情況下,都應該馬上回應ACK封包,是以FIN_WAIT_1狀态一般是比較難見到的,而FIN_WAIT_2狀态還有時常常可以用netstat看到。

    FIN_WAIT_2:上面已經詳細解釋了這種狀态,實際上FIN_WAIT_2狀态下的SOCKET,表示半連接配接,也即有一方要求close連接配接,但另外還告訴對方,我暫時還有點資料需要傳送給你,稍後再關閉連接配接。

    TIME_WAIT: 表示收到了對方的FIN封包,并發送出了ACK封包,就等2MSL後即可回到CLOSED可用狀态了。如果FIN_WAIT_1狀态下,收到了對方同時帶FIN标志和ACK标志的封包時,可以直接進入到TIME_WAIT狀态,而無須經過FIN_WAIT_2狀态。

    CLOSING: 這種狀态比較特殊,實際情況中應該是很少見,屬于一種比較罕見的例外狀态。正常情況下,當你發送FIN封包後,按理來說是應該先收到(或同時收到)對方的ACK封包,再收到對方的FIN封包。但是CLOSING狀态表示你發送FIN封包後,并沒有收到對方的ACK封包,反而卻也收到了對方的FIN封包。什麼情況下會出現此種情況呢?其實細想一下,也不難得出結論:那就是如果雙方幾乎在同時close一個SOCKET的話,那麼就出現了雙方同時發送FIN封包的情況,也即會出現CLOSING狀态,表示雙方都正在關閉SOCKET連接配接。

    CLOSE_WAIT: 這種狀态的含義其實是表示在等待關閉。怎麼了解呢?當對方close一個SOCKET後發送FIN封包給自己,你系統毫無疑問地會回應一個ACK封包給對方,此時則進入到CLOSE_WAIT狀态。接下來呢,實際上你真正需要考慮的事情是察看你是否還有資料發送給對方,如果沒有的話,那麼你也就可以close這個SOCKET,發送FIN封包給對方,也即關閉連接配接。是以你在CLOSE_WAIT狀态下,需要完成的事情是等待你去關閉連接配接。  

    LAST_ACK: 這個狀态還是比較容易好了解的,它是被動關閉一方在發送FIN封包後,最後等待對方的ACK封包。當收到ACK封包後,也即可以進入到CLOSED可用狀态了。

    在這裡,我們就有幾個問題要讨論了:1.TCP為什麼不是兩次連接配接,而是三次握手?2. 為什麼建立連接配接協定是三次握手,而關閉連接配接卻是四次握手呢?3.為什麼TIME_WAIT狀态還需要等2MSL後才能傳回到CLOSED狀态?

    問題一的解答:如果A與B兩個程序通信,如果僅是兩次連接配接。可能出現的一種情況就是:A發送完請封包以後,由于網絡情況不好,出現了網絡擁塞,即B延時很長時間後收到封包,即此時A将此封包認定為失效的封包。B收到封包後,會向A發起連接配接。此時兩次握手完畢,B會認為已經建立了連接配接可以通信,B會一直等到A發送的連接配接請求,而A對失效的封包回複自然不會處理。依次會陷入B忙等的僵局,造成資源的浪費。

    問題二的解答:因為服務端的LISTEN狀态下的SOCKET當收到SYN封包的建連請求後,它可以把ACK和SYN(ACK起應答作用,而SYN起同步作用)放在一個封包裡來發送。但關閉連接配接時,當收到對方的FIN封包通知時,它僅僅表示對方沒有資料發送給你了;但未必你所有的資料都全部發送給對方了,是以你可以未必會馬上會關閉SOCKET,也即你可能還需要發送一些資料給對方之後,再發送FIN封包給對方來表示你同意現在可以關閉連接配接了,是以它這裡的ACK封包和FIN封包多數情況下都是分開發送的。

    問題三的解答:雖然雙方都同意關閉連接配接了,而且握手的4個封包也都協調和發送完畢,按理可以直接回到CLOSED狀态(就好比從SYN_SEND狀态到 ESTABLISH狀态那樣);但是因為我們必須要假想網絡是不可靠的,你無法保證你最後發送的ACK封包會一定被對方收到,是以對方處于 LAST_ACK狀态下的SOCKET可能會因為逾時未收到ACK封包,而重發FIN封包,是以這個TIME_WAIT狀态的作用就是用來重發可能丢失的 ACK封包。

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