TCP协议提供可靠的连接服务,采用3次握手建立一个链接。
第一次握手:
建立连接时,客户端发送SYN包(SYN=j)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认。
(SYN:同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)。)
第二次握手:
服务器收到SYN包,必须确认客户的SYN(ack=j+1),同时自己也发送一个SYN包(syn=k),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=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成3次握手。
完成3次握手,客户端与服务器端开始传送数据。
涉及的几个重要概念:
1.未连接队列
在3次握手协议中,服务器维护一个未连接队列,该队列为每个客户端的SYN包(syn=j)开设一个条目,该条目表明服务器已收到SYN包,并向客户发出确认,正在等待客户的确认包。这些条目所标识的连接在服务器处于SYN_RECV状态,当服务器收到客户的确认包时,删除该条目,服务器进入ESTABLISHED状态。
2. backlog参数
未连接队列的最大容纳数
3.SYN-ACK重传次数
服务器发送完SYN-ACK包,如果未收到客户端确认包,服务器进入首次重传,等待一段时间仍未收到客户确认包,进行第二次重传,如果重传次数超过系统规定的最大重传次数,系统将该连接信息从半连接队列中删除。注意,每次重传等待的时间不一定相同。
4. 半连接存活时间/ timeout时间/ SYN_RECV存活时间
半连接队列的条目存活的最长时间,即服务从收到SYN包到确认这个报文无效的最长时间,该时间值是所有重传请求包的最长等待时间综合。
为什么不是两次
我们先来将三次握手这个过程捋一遍。(S-服务端,C-客户端)
第一次握手后,S可以确认自己收报文与C发报文的功能都正常,而C呢,它什么都不能确认。
第二次握手后,C可以确认自己的收发报文与S的收发报文功能都正常,也就是认为连接已建立。
那么第三次呢,S也可以确认双方能够正常通信。
假想一下,如果我们去掉了第三次呢?
因为我们不进行第三次握手,所以在S对C的请求进行回应(第二次握手)后,就会理所当然的认为连接已建立,而如果C并没有收到S的回应呢?此时,C仍认为连接未建立,S会对已建立的连接保存必要的资源,如果大量的这种情况,S会崩溃。
因此第三次握手是必要的。
为什么不是四次
首先,如果乐于思考的同学应该会对上面有这样的疑问:
既然没法确认第二次的握手,C是否可以收到,
那么怎么确定第三次握手S就可以收到呢?
不错,这根本没法确定,因为完全可靠的通信协议是根本不存在的,我们任何的通信协议都是在接受这样的现实情况之上进行的。
而三次握手后,C和S至少可以确认之前的通信情况,但无法确认之后的情况。
在这个道理上说,无论是四次还是五次或是更多次都是徒劳的。
四次挥手
假设Client端发起中断连接请求,也就是发送FIN报文。Server端接到FIN报文后,意思是说"我Client端没有数据要发给你了",但是如果你还有数据没有发送完成,则不必急着关闭Socket,可以继续发送数据。所以你先发送ACK,"告诉Client端,你的请求我收到了,但是我还没准备好,请继续你等我的消息"。这个时候Client端就进入FIN_WAIT状态,继续等待Server端的FIN报文。当Server端确定数据已发送完成,则向Client端发送FIN报文,"告诉Client端,好了,我这边数据发完了,准备好关闭连接了"。Client端收到FIN报文后,"就知道可以关闭连接了,但是他还是不相信网络,怕Server端不知道要关闭,所以发送ACK后进入TIME_WAIT状态,如果Server端没有收到ACK则可以重传。“,Server端收到ACK后,"就知道可以断开连接了"。Client端等待了2MSL(最大报文段生存时间)后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,我Client端也可以关闭连接了。Ok,TCP连接就这样关闭了!
为什么必须是四次挥手?不能是两次?
TCP连接是全双工的,也就是说接收到FIN只是说没有数据再发过来但是还是可以发送数据的,也就是接受到一个FIN只是关闭了一个方向的数据传输,另一个方向还可以继续发送数据。在四次挥手的时候也是这样前两次挥手只是确认关闭了一个方向的数据,加上后面两次挥手才真正的关闭了整个全双工连接。
【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:因为当Server端收到Client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Server端收到FIN报文时,很可能并不会立即关闭SOCKET,所以只能先回复一个ACK报文,告诉Client端,"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server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。故需要四步握手。
【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,但是我们必须假设网络是不可靠的,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。