TCP建立过程

原创]TCP建立及关闭过程详解

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一、TCP协议简介
TCP，全称Transfer Control Protocol，中文名为传输控制协议，它工作在OSI的传输层，提供面向连接的可靠传输服务。
TCP的工作主要是建立连接，然后从应用层程序中接收数据并进行传输。TCP采用虚电路连接方式进行工作，在发送数据前它需要在发送方和接收方建立一个连接，数据在发送出去后，发送方会等待接收方给出一个确认性的应答，否则发送方将认为此数据丢失，并重新发送此数据。
可以从以下几个方面对TCP协议进行分析：
1.TCP报头：TCP报头总长最小为20个字节，其报头结构如下图（图1）所示；
　　比特0　　　　　　　　　　   比特15   比特16　　　　　　　      比特31
源端口（16）        目的端口（16）
序列号（32）
确认号（32）
报头长度（4）        保留（6）        连接标记（6）        窗口（16）
校验和（16）        紧急（16）
选项（0或32）
数据（可变）


（图1　TCP报头结构）

2.TCP连接建立：TCP的连接建立过程又称为TCP三次握手。首先发送方主机向接收方主机发起一个建立连接的同步（SYN）请求；接收方主机在收到这个请求后向送方主机回复一个同步/确认（SYN/ACK）应答；发送方主机收到此包后再向接收方主机发送一个确认（ACK），此时TCP连接成功建立；
3.TCP连接关闭：发送方主机和目的主机建立TCP连接并完成数据传输后，会发送一个将结束标记置1的数据包，以关闭这个TCP连接，并同时释放该连接占用的缓冲区空间；
4.TCP重置：TCP允许在传输的过程中突然中断连接，这称为TCP重置；
5.TCP数据排序和确认：TCP是一种可靠传输的协议，它在传输的过程中使用序列号和确认号来跟踪数据的接收情况；
6.TCP重传：在TCP的传输过程中，如果在重传超时时间内没有收到接收方主机对某数据包的确认回复，发送方主机就认为此数据包丢失，并再次发送这个数据包给接收方，这称为TCP重传；
7.TCP延迟确认：TCP并不总是在接收到数据后立即对其进行确认，它允许主机在接收数据的同时发送自己的确认信息给对方。
8.TCP数据保护（校验和）：TCP是可靠传输的协议，它提供校验和计算来实现数据在传输过程中的完整性。

二、跟踪分析TCP流程
我们使用科来网络分析系统对一个Telnet会话中的TCP部分进行跟踪，以分析TCP的连接建立和连接关闭流程。这个Telnet会话的流程如下：在客户端（Windows主机，名为wangym）的命令窗口中使用telnet 192.168.2.100访问192.168.2.100，并输入用户名和密码（这里都是ftpuser），然后直接使用exit命令退出此Telnet连接。
1. TCP连接建立
1)第1步（图2），客户端（名为wangym，下同）使用3192的随机端口向192.168.2.100主机的23端口发起一个TCP 同步数据包请求建立TCP连接。这个数据包将TCP标记中的同步位置1，表示这是TCP三次握手的第一个数据包；


图片附件: TCP连接建立第1步.gif (2006-4-30 12:06, 46.22 K)


（图2　TCP连接建立第1步）

2)第2步（图3），192.168.2.100主机向客户端发送一个同步/确认数据包，此数据包同时将TCP标记中的同步位和确认位置1，它既对第一步中的客户端同步数据包进行确认，表示愿意与客户端同步，同时再对客户端主机进行同步请求；


图片附件: TCP连接建立第2步.gif (2006-4-30 12:06, 47.06 K)


（图3　TCP连接建立第2步）

3)第3步（图4），客户端在收到192.168.2.100对它的同步请求后，再对192.168.2.100进行确认，此数据包中将TCP标记中的确认位置1，表示这是一个确认数据包，此数据包发送后，两台主机的三方握手成功建立；


图片附件: TCP连接建立第3步.gif (2006-4-30 12:06, 47.61 K)

2. TCP连接关闭
第4到69的数据包，是用户进行Telnet登录及退出的操作，第70到74的数据包，是双方主机在收到退出Telnet操作命令后的TCP连接关闭过程。
1)第1步（图5），192.168.2.100主机向客户端发送一个终止数据包，此数据包同时将TCP标记中的终止位和确认位置1，它告诉客户端192.168.2.100主机已成功接收客户端的上一个数据包，并提示内容接收完毕，请求关闭这个TCP连接；


图片附件: TCP连接关闭第1步.gif (2006-4-30 12:07, 47.13 K)


（图5　TCP连接关闭第1步）

2)第2步（图6），客户端收到192.168.2.100发给自己且带有终止位的数据包后，对其进行确认，且示同意关闭此TCP连接。


图片附件: TCP连接关闭第2步.gif (2006-4-30 12:07, 45.8 K)


（图6　TCP连接关闭第2步）

3)第3步（图7），客户端在对192.168.2.100主机的确认后，再向其发送一个终止TCP连接的请求，此请求数据包将TCP标记中的确认位和终止位同时置1，表示同意192.168.2.100关闭TCP连接的请求，且自己也把关闭此TCP连接的请求发给192.168.2.100，并等待对方的确认。
  

图片附件: TCP连接关闭第3步.gif (2006-4-30 12:08, 45.89 K)


（图7　TCP连接关闭第3步）

4)第4步（图8），192.168.2.100主机对客户端关闭TCP连接的请求进行确认，此数据包将TCP标记中的确认位置1，表示同意客户端关闭TCP连接的请求。至此，此TCP连接正常关闭。
  

图片附件: TCP连接关闭第4步.gif (2006-4-30 12:08, 45.92 K)


（图8　TCP连接关闭第4步）

 

TCP状态变迁图的理解：


当计算机之间传输数据时，计算机可以作为客户端，也可以做为服务器，

1.  如果计算机作为客户端，他将通过发送SYN段来启动连接。这时候的状态是SYN—SENT。一旦客户端受到了确认以及服务器的SYN段，它将对服务器的SYN进行确认，并奖连接状态转换成ESTABLISHED。如果客户端计算机想要终止连接，他将发送一个FIN并将连接状态变为FIN-WAIT1。接着客户端收到服务器的一个确认，并将状态转换为FIN-WAIT2，然后等待服务器发送FIN段以完成连接的终止过程。当服务器最后发送FIN段时，连接状态就转换为TIME-WAIT。如果客户端在两分钟等待期限内为服务器的FIN发送确认消息，连接就彻底中断了，并且此时状态变成了CLOSED。如果超过了定时器设置的时间，连接就自动中断。

2.如果计算机作为服务器，就打开LISTEN状态，然后等待客户端启动连接。当客户端通过发送SYN段来启动连接时，该计算机就用一个SYN段和一个确认作为响应，这就将连接的状态边为了SYN-RCVD。于是客户端通过发送一个确认来确认服务器的SYN。受到客户端的确认后，连接就建立起来了，这时以ESTABLISHED状态为标志。到客户端想要终止连接时，就发送一个FIN段，服务器将对此作出确认。这时服务器变成CLOSE-WAIT状态，他上面的TCP服务将等待它的应用来决定是否终止连接。当服务器应用决定终止连接时，它就允许TCP发送FIN段，这时连接状态就边成了LAST-ACK，在这个FIN段确认受到后，连接将再次变为CLOSE状态。

注：所有连接状态都是以CLOSED状态开始的。


图片附件: TCP.jpg (2006-5-9 09:13, 102.43 K)