注:TCP并不能保证数据一定会被对方接收到,因为这是不可能的。TCP能够做到的是,如果有可能,就把数据递送到接收方,否则就(通过放弃重传并且中断连接这一手段)通知用户。因此准确说TCP也不是100%可靠的协议,它所能提供的是数据的可靠递送或故障的可靠通知。
TCP的首部数据格式:
URG:紧急指针(urgent pointer)有效(只有当URG标志置1时,紧急指针才有效)
ACK:确认序号有效(只有ACK标志为1时确认序号字段才有效)
PSH:接收方应该尽快将这个报文段交给应用层
PST:重建连接
SYN:同步序号用来发起一个连接(新建一个连接时,SYN=1)
FIN:发送端完成发送任务
seq:初始序号(客户端的seq可设置为任何值,服务端的seq为任意值,ack为客户端seq+1)
ack:确认序号(对客户端发来的seq请求进行确认)
ISN:初始序号(Initial Sequence Number)
所谓三次握手(Three-way Handshake),是指建立一个TCP连接时,需要客户端和服务器中国发送3个包。
三次握手的目的是连接服务器指定端口,建立TCP连接,并同步连接双方的序列号和确认号,交换TCP串口大小信息。在socket编程中,客户端执行connect()时。将触发三次握手。
客户端发送一个TCP的SYN标志位置为1的包,指明客户端打算连接的服务器的端口,以及初始序号X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。发送完毕后,客户端进入SYN_SENT状态。
服务器发出确认包(ACK)应答。即SYN标志位和ACK标志位均为1.服务器端选择自己ISN序列号,放到seq域里,同时将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的ISN加1,即X+1。发送完毕后,服务器端进入SYN_RCVD状态。
客户端再次发送确认包(ACK),SYN标志位为0,ACK标志位为1,并且把服务器发来的ACK序号字段+1,放在确定字段中发送给服务器端,并且在数据段放写ISN的+1。发送完毕后,客户端进入ESTABLISHED状态,当服务器段接收到这个包时,也进入ESTABLISHED状态,TCP握手结束。
TCP的连接的拆除需要发送四个包,因此称为四次挥手(Four-way Handshake),也叫做改进的三次握手。客户端或服务器端均可以主动发起挥手动作,在socket编程中,任何一方执行close()操作即可产生挥手操作。
假设客户端想要关闭连接,客户端发送一个FIN标志位置为1的包,表示自己已经没有数据可以发送了,但是任然可以接受数据。发送完毕后,客户端进入FIN_WAIT_1状态。
服务器端确认客户端的FIN包,发送一个确认包,表明自己接收到了客户端关闭连接的请求,但还没有准备好关闭连接。发送完毕后,服务器进入CLOSE_WAIT状态,客户端接收到这个确认包之后,进入FIN_WAIT_2状态,等待服务器端关闭连接。
服务器端准备好关闭连接时,向客户端发送结束连接请求,FIN置为1。发送完毕后,服务器端进入LAST_ACK状态,等待来自客户端的最后一个ACK。
客户端接收到来自服务器端的关闭请求,发送一个确认包,并进入TIME_WAIT状态,等待可能出现的要求重传的ACK包。服务器端接收到这个确认包之后,关闭连接,进入CLOSED状态。
客户端等待了某个固定时间(两个最大段生命周期,2MSL,2Maximum Segment Lifetime)之后,没有收到服务器端的ACK,认为服务器端已经正常关闭连接,于是自己也关闭连接,进入CLOSED状态。
面试题:
为什么建立连接时三次握手,而关闭连接却是四次挥手呢?
答案一:这是因为服务端在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。二而关闭连接时,当收到对方的FIN报文时,仅仅表示对方不再发送数据了,但是对方还能接收数据,乙方也未必全部数据都发送给对方了,所以乙方可以立即close,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。一次,乙方ACK和FIN一般都会分开发送。
答案二:TCP三次握手的时候,ACK(确认)和SYN(建立连接)是一起发送的。而挥手的时候是分开发送的。因为当服务器端收到客户端的SYN连接请求报文后,可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的,SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时,当服务器端收到FIN报文时,很可能并不会理解关闭socket,所以只能先回复一个ACK报文,告诉客户端“你发的FIN报文我收到了”。只有等到我服务器端所有的报文都发送完了,我才能发送FIN报文,因此不能一起发送,故需要四次挥手。