TCP协议状态机及三次握手四次挥手过程

文章目录

      • 5 网络基础知识储备
        • 5.1 OSI七层模式
        • 5.2 TCP/IP协议栈
        • 5.3 描述TCP协议状态机及三次握手四次挥手过程
          • 5.3.1 TCP 协议状态机
          • 5.3.2 三次握手
          • 5.3.3 四次挥手
          • 小结
        • 5.4 loopback网卡功能
        • 5.5 描述数据包封装解封装过程
        • 5.6 端口号的作用及常用的协议端口号有哪些
        • 5.7 IP模块
        • 5.8 基础路由和交换技术

5 网络基础知识储备

5.1 OSI七层模式

OSI七层模式

5.2 TCP/IP协议栈

TCP/IP协议栈

5.3 描述TCP协议状态机及三次握手四次挥手过程

5.3.1 TCP 协议状态机
  1. TCP状态转换图

TCP协议状态机及三次握手四次挥手过程_第1张图片

    • CLOSED: 初始状态
    • LISTEN: 服务器端的某个SOCKET处于监听状态,可以接收连接了
    • SYN_RCVD: 服务器接收到了SYN报文
    • SYN_SENT: 客户端已发送SYN报文
    • ESTABLISHED:连接已经建立了
    • FIN_WAIT_1:当SOCKET在ESTABLISHED状态时,它想主动关闭连接,向对方发送了FIN报文,此时该SOCKET即进入到FIN_WAIT_1状态。而当对方回应ACK报文后,则进入到FIN_WAIT_2状态,当然在实际的正常情况下,无论对方何种情况下,都应该马上回应ACK报文,所以FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的,而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到
    • FIN_WAIT_2:上面已经详细解释了这种状态,实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET,表示半连接,也即有一方要求close连接,但另外还告诉对方,我暂时还有点数据需要传送给你,稍后再关闭连接
    • TIME_WAIT: 表示收到了对方的FIN报文,并发送出了ACK报文,就等2个MSL(最大生存时间)值(RFC建议2分钟,Berkeley传统使用30s)后即可回到CLOSED可用状态了。如果FIN_WAIT_1状态下,收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时,可以直接进入到TIME_WAIT状态,而无须经过FIN_WAIT_2状态
    • CLOSING: 这种状态比较特殊,实际情况中应该是很少见,属于一种比较罕见的例外状态。正常情况下,当你发送FIN报文后,按理来说是应该先收到(或同时收到)对方的ACK报文,再收到对方的FIN报文。但是CLOSING状态表示你发送FIN报文后,并没有收到对方的ACK报文,反而却也收到了对方的FIN报文。什么情况下会出现此种情况呢?其实细想一下,也不难得出结论:那就是如果双方几乎在同时close一个SOCKET的话,那么就出现了双方同时发送FIN报文的情况,也即会出现CLOSING状态,表示双方都正在关闭SOCKET连接
    • CLOSE_WAIT: 这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢?当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己,你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对方,此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢,实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方,如果没有的话,那么你也就可以close这个SOCKET,发送FIN报文给对方,也即关闭连接。所以你在CLOSE_WAIT状态下,需要完成的事情是等待你去关闭连接
    • LAST_ACK: 被动关闭一方在发送FIN报文后,最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后,也即可以进入到CLOSED可用状态了
5.3.2 三次握手
  1. 建立TCP连接:

TCP协议状态机及三次握手四次挥手过程_第2张图片

  • 客户端发送一个带SYN标志的TCP报文到服务器,这是三次握手过程中的报文1
  • 服务器端回应客户端的,这是三次握手中的第2个报文,这个报文同时带ACK标志和SYN标志。因此它表示对刚才客户端SYN报文的回应;同时又标志SYN给客户端,询问客户端是否准备好进行数据通讯
  • 客户端必须再次回应服务端一个ACK报文,这是报文3。
5.3.3 四次挥手
  1. 关闭TCP连接
    • TCP客户端发送一个FIN,用来关闭客户到服务器的数据传送(报文段4)
    • 服务器收到这个FIN,它发回一个ACK,确认序号为收到的序号加1(报文段5)。和SYN一样,一个FIN将占用一个序号
    • 服务器关闭客户端的连接,发送一个FIN给客户端(报文段6)
    • 客户端发回ACK报文确认,并将确认序号设置为收到序号加1(报文段7)

TCP协议状态机及三次握手四次挥手过程_第3张图片

小结
  • 整体图

TCP协议状态机及三次握手四次挥手过程_第4张图片

  1. 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?

这是因为服务端在LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后,它可以把ACK和SYN(ACK起应答作用,而SYN起同步作用)放在一个报文里来发送。但关闭连接时,当收到对方的FIN报文通知时,它仅仅表示对方没有数据发送给你了;但未必你所有的数据都全部发送给对方了,所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后,再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了,所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的

  1. 为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态?

这是因为虽然双方都同意关闭连接了,而且握手的4个报文也都协调和发送完毕,按理可以直接回到CLOSED状态(就好比从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样);但是因为我们必须要假想网络是不可靠的,你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到,因此对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文,而重发FIN报文,所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文

5.4 loopback网卡功能

loopback网卡功能

5.5 描述数据包封装解封装过程

数据包封装解封装过程

5.6 端口号的作用及常用的协议端口号有哪些

端口号的作用及常用的协议端口号

5.7 IP模块

IP模块

5.8 基础路由和交换技术

基础路由和交换技术

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