tcp三次握手 四次挥手

tcp头部 

相关术语：

• 一个连接由一个四元组（默认是tcp）或五元组来定义：即源ip，目的ip，源端口，目的端口，传输协议（tcp或udp）
• 一个TCP连接通常分为三个阶段：启动、数据传输、退出（关闭）。
• ISN（Initial Sequence Number）：当SYN flag置1时的序列号

ISN = M + F(localhost, localport, remotehost, remoteport).

M是一个计时器，这个计时器每隔4μs加1。因此 ISN 会在大约 4.55 小时循环一次。而一个tcp段在网络中的最长寿命（Maximum Segment Lifetime ）默认是2分钟，所以我们可以认为 ISN 会是唯一的。

F是一个Hash函数，根据源IP、目的IP、源端口、目的端口生成一个随机数值。

• seq：占4个字节，用来标记数据段的顺序，TCP把连接中发送的所有数据字节都编上一个序号，第一个字节的编号由本地随机产生；给字节编上序号后，就给每一个报文段指派一个序号；序列号seq就是这个报文段中的第一个字节的数据编号。
• SYN(Synchronize Sequence Numbers)：连接建立时用于同步序号。当SYN=1，ACK=0时表示：这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示这是一个连接请求，或连接接受报文。SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1，握手完成后SYN标志位被置0。
• ACK (ACKnowledge Character）：在数据通信传输中，接收端发给发送端的一种传输控制字符。它表示确认发来的数据已经接受无误。ACK在握手和挥手期间（即此时没有数据传输）通常为接收到的syn+1，如果在数据传输阶段，则ack为syn+1+len。len为传输的数据大小。
• FIN：用来释放一个连接。FIN=1表示：此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放运输连接
• 3次握手是指发送了3个报文段，4次挥手是指发送了4个报文段
• 3次握手的目的是交换双方的初始序列号ISN，TCP 的可靠性。让对方知道具有什么样的序列号的数据是合法的。

 

时序图

 

 （图片来源：http://www.cnxct.com/something-about-phpfpm-s-backlog/）

三次握手详细步骤

1、client执行系统调用connect()发送syn（初始序列号为seq=x，随机生成）至server以请求建立一个连接，此时client的状态变为SYN_SENT，并等待server的SYN+ACK。如果在一段时间后没有收到，则重新发送，默认次数是5（tcp_syn_retries）。大约是180s。重试次数完成后还没收到，则放弃此连接。

 

2、server收到syn后，检查SYN_RCVD半连接队列是否达到阈值（tcp_max_tcp_backlog），如果达到阈值，则丢弃此syn，不予响应。如果没有达到阈值，则将这个连接信息存入这个半连接队列，只要进入队列，server状态就会由listen（）变为SYN-RCVD,同时向client发送ack+syn（seq=y，ack=x+1）。并等待client回复一个ack。如果一段时间后没有收到ack，则会重新发送syn+ack。发送次数默认是5（tcp_synack_retries）。重试的间隔时间从1s开始，下次的重试间隔时间是前一次的双倍，5次的重试时间间隔为1s, 2s, 4s, 8s, 16s, 总共31s, 称为指数退避，第5次发出后还要等32s才知道第5次也超时了，因此如果在1s + 2s + 4s+ 8s+ 16s + 32s = 63s后还没有收到cleint的ack回复，server会断开这个连接。

3、client接收到server发过来的syn+ack,进入ESTABLISHED状态（单方面认为）。同时向server发送ACK。server接收后，检查accept queue全连接队列是否达到阈值（取决于min(backlog, net.core.somaxconn) ，backlog是在socket创建的时候传入的，net.core.somaxconn是系统级别的一个端口能监听的最大连接数）。如果没满则进入队列，server由SYN_RECV变为accept状态，server端执行accept（）系统调用，进入ESTABLISHED状态。如果满了，则按照tcp_abort_on_overflow的指示进行。如果值为0，那么server会丢掉client 发过来的ack（server端认为此时连接还没建立起来），此时客户端会显示read timeout。如果是1，server发送一个reset包给client，表示废掉这个握手过程和这个连接（本来在server端这个连接就还没建立起来）。客户端会显示connection reset by peer。

 

客户端状态变化路径：SYN_SENT ->ESTABLISHED

服务端状态变化路径：LISTEN->SYN_RECV ->ESTABLISHED

 

四次挥手详细步骤

1、 client执行系统调用close()，向server发送FIN+seq，由ESTABLISHED进入FIN_WAIT_1状态

client--->server：我已经没有数据要发送了，你还有数据发送吗?

2、 server收到FIN后，向client发送ACK表示确认，由ESTABLISHED进入CLOSE_WAIT状态。client收到server的ACK后，进入FIN_WAIT_2状态。

server-->client：我知道你已经没有数据要发送了，但我还要再确认一下我是不是还有数据要给你。

3、server将未完成的数据传完后，server向client发送FIN，进入LAST_ACK状态。

server-->client：好了，这下我也没有东西要给你了，你可以终结连接了。此时服务器不确认客户端是否收到信息，继续保持连接。

4、client收到server的FIN后，向server发送ACK，同时进入TIME_WAIT状态，启动TIME_WAIT定时器，超时时间设为2MSL。

服务器端收到ACK，执行系统调用close()，进入CLOSED状态。客户端在2MSL时间内没收到对端的任何响应，TIME_WAIT超时，进入CLOSED状态。

在客户端的TIME_WAIT状态持续2MSL的时间后，如果客户端没有收到服务器发来的任何消息，则客户端会终结连接。如果最后一步客户端发给服务器的ack丢失，服务器会重发fin给客户端，然后客户端再重发最后的ack给服务器。注意如果客户端此时不处于time_wait的话，客户端会发送RST给server，server会将此包解释为一个错误（在java中会抛出connection reset的SocketException）

client-->server： 我知道了，你也终结连接吧

 

客户端状态：ESTABLISHED——FIN_WAIT_1——FIN_WAIT_2——TIME_WAIT——CLOSED

服务端状态：ESTABLISHED——CLOSE_WAIT——LAST_ACK——CLOSED