TCP三次握手与四次挥手(TCP报文)

TCP三次握手

• 握手流程

  第一次握手：客户端(client)发送数据包(syn=1，随机序列号seq)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器(server)确认(目的：确保服务端接收功能正常)

  第二次握手：服务器收到报文并根据标志(ACK=1,SYN=1)确认客户端是否准备好，确认后发送报文(SYN=1，ACK=1，ack=client.seq+1,随机序列号sql)，此时服务器进入SYN_RECV状态(目的：客户端确认服务器能正常接收发送)

  第三次握手：客户端收到服务器的报文，确认接收到的ack是否为第一次发的seq+1及ACK是否标志为1，确认后向服务器发送报文(ack=server.seq+1,ACK=1)，服务端收到报文确认seq与ack正确后和客户端进入ESTABLISHED(TCP连接成功)状态，完成三次握手建立起TCP连接

• 标志

  • ack：等待接收的数据包的序列号
  • SYN(Synchronize Sequence Numbers)：同步序列号，连接建立时使用同步序列号
  • seq：当前报文段数据的第一个字节的序号
    

四次挥手

四次挥手（Four-Way Wavehand）即终止TCP连接，断开一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。

• 第一次挥手：Client发送FIN报文(FIN=1,seq=x)，标识Client已无数据需要发送，关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态

• 第二次挥手：Server收到Client报文后，发送一个ACK报文(ACK=1,FIN=1,ack=x+1,seq=y)给Client，Server进入CLOSE_WAIT状态，不再接收Client的数据

• 第三次挥手：Server发送一个FIN报文(FIN=1,ack=x+1,seq=z)，表示已无需要发送给Client的数据，关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态

• 第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK报文(FIN=1,ack=z+1,seq=h)给Server，Server进入CLOSED状态

  

为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？

• 当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接,但收到一个FIN只意味着这一方向上没有数据流动，另一个方向仍能发送数据，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据
• 第二次挥手服务端只表示收到了客户端的FIN报文，但服务端可能还有数据需要发送给客户端，只有在数据发送完后服务端才会发送FIN报文给客户端，客户端收到FIN报文后才发送ACK给服务端使客户端关闭

TCP报文详解

TCP报文是TCP层传输的数据单元，也叫报文段，其数据格式如下：

• 源端口号：数据发送方的端口
• 目的端口：数据接收方的端口
• 序列号seq：标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记
• 确认号ack:ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，ack=seq+1
• 首部长度/数据偏移：TCP报文段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远。
  TCP首部可能含可选项内容，固TCP报头的长度是不确定的，当不包含任选字段时首部长度为20字节。“首部长度”的单位是32位字(4字节)，4位首部长度最大值1111的十进制为15，故报头的最大长度为15*4=60字节
• 保留：为将来用途保留，一般为0
• 标志位
  • URG: 紧急指针标志是否有效
  • ACK：确认标志，在连接建立后所有传送的报文段。当ACK=1时，确认号才有效
  • PSH：PUSH操作标志位，表是否直接将接收到的数据包立即发送给应用程序，而不是在缓冲区中排队
  • RST(reset)：重置连接标志
  • SYN：在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文段(client向server发起请求)。对方若同意建立连接，则应在响应的报文段中使SYN=1和ACK=1(server接收client请求并响应)。
  • FIN：结束标志，表示发送方数据是否已发送完毕
• 窗口：告知发送方(server)接收端(client)的缓存大小以控制发送端发送数据的速率,范围值为[0,2^16=65536]
  • 校验和：奇偶校验，此校验和是对整个的 TCP 报文段，包括 TCP 头部和 TCP 数据，以 16 位字进行计算所得。由发送端计算和存储，并由接收端进行验证
• 紧急指针：只有当 URG 标志置 1 时紧急指针才有效。指本报文段中的紧急数据的字节数(紧急数据结束后就是普通数据)。当所有紧急数据都处理完时，TCP就告诉应用程序恢复到正常操作。窗口为0时也可发送紧急数据。
• 选项：可变的可选信息，最多包涵40字节。
• 数据：TCP 报文段中的数据部分是可选的。在一个连接建立和一个连接终止时，双方交换的报文段仅有 TCP 首部。如果一方没有数据要发送，也使用没有任何数据的首部来确认收到的数据。在处理超时的许多情况中，也会发送不带任何数据的报文段。