TCP三次握手建立连接和四次挥手断开连接

目录

  • 1. TCP connection
  • 2. TCP报文格式简介
  • 3. TCP的三次握手(Three-Way Handshake)
  • 4. TCP的四次挥手(Four-Way Wavehand)
  • 参考

1. TCP connection

TCP三次握手建立连接和四次挥手断开连接_第1张图片
TCP三次握手建立连接和四次挥手断开连接_第2张图片
客户端与服务器之间数据的发送和返回的过程当中需要创建一个叫TCP connection的东西;

由于TCP不存在连接的概念,只存在请求和响应,请求和响应都是数据包,它们之间都是经过由TCP创建的一个从客户端发起,服务器接收的类似连接的通道,这个连接可以一直保持,http请求是在这个连接的基础上发送的;

在一个TCP连接上是可以发送多个http请求的,不同的版本这个模式不一样。

在HTTP/1.0中这个TCP连接是在http请求创建的时候同步创建的,http请求发送到服务器端,服务器端响应了之后,这个TCP连接就关闭了;

HTTP/1.1中可以以某种方式声明这个连接一直保持,一个请求传输完之后,另一个请求可以接着传输。这样的好处是:在创建一个TCP连接的过程中需要“三次握手”的消耗,“三次握手”代表有三次网络传输。

如果TCP连接保持,第二个请求发送就没有这“三次握手”的消耗。HTTP/2中同一个TCP连接里还可以并发地传输http请求。

2. TCP报文格式简介

TCP三次握手建立连接和四次挥手断开连接_第3张图片

  • 序号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。

  • 确认号ack:占4个字节,期待收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号;序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号;而确认号指的是期望接收到下一个字节的编号;因此当前报文段最后一个字节的编号+1即为确认号。

  • 确认ACK:占1位,仅当ACK=1时,确认号字段才有效。ACK=0时,确认号无效

  • 同步SYN: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。

  • 终止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

PS:ACK、SYN和FIN这些大写的单词表示标志位,其值要么是1,要么是0;ack、seq小写的单词表示序号。

3. TCP的三次握手(Three-Way Handshake)

所谓的三次握手即TCP连接的建立。这个连接必须是一方主动打开,另一方被动打开的。
以下为客户端主动发起连接的图解:
TCP三次握手建立连接和四次挥手断开连接_第4张图片

握手之前主动打开连接的客户端结束CLOSED阶段,被动打开的服务器端也结束CLOSED阶段,并进入LISTEN阶段。随后开始“三次握手”:

  1. 首先客户端向服务器端发送一段TCP报文,其中:

    标记位为SYN,表示“请求建立新连接”;
    序号为Seq=X(X一般为1);
    随后客户端进入SYN-SENT阶段。

  2. 服务器端接收到来自客户端的TCP报文之后,结束LISTEN阶段。并返回一段TCP报文,其中:

    标志位为SYN和ACK,表示“确认客户端的报文Seq序号有效,服务器能正常接收客户端发送的数据,并同意创建新连接”(即告诉客户端,服务器收到了你的数据);
    序号为Seq=y;
    确认号为Ack=x+1,表示收到客户端的序号Seq并将其值加1作为自己确认号Ack的值;随后服务器端进入SYN-RCVD阶段。

  3. 客户端接收到来自服务器端的确认收到数据的TCP报文之后,明确了从客户端到服务器的数据传输是正常的,结束SYN-SENT阶段。并返回最后一段TCP报文。其中:

    标志位为ACK,表示“确认收到服务器端同意连接的信号”(即告诉服务器,我知道你收到我发的数据了);
    序号为Seq=x+1,表示收到服务器端的确认号Ack,并将其值作为自己的序号值;
    确认号为Ack=y+1,表示收到服务器端序号Seq,并将其值加1作为自己的确认号Ack的值;
    随后客户端进入ESTABLISHED阶段。

服务器收到来自客户端的“确认收到服务器数据”的TCP报文之后,明确了从服务器到客户端的数据传输是正常的。结束SYN-SENT阶段,进入ESTABLISHED阶段。

在客户端与服务器端传输的TCP报文中,双方的确认号Ack和序号Seq的值,都是在彼此Ack和Seq值的基础上进行计算的,这样做保证了TCP报文传输的连贯性。一旦出现某一方发出的TCP报文丢失,便无法继续"握手",以此确保了"三次握手"的顺利完成。

此后客户端和服务器端进行正常的数据传输。这就是“三次握手”的过程。

4. TCP的四次挥手(Four-Way Wavehand)

以下为客户端主动发起释放连接的图解:
TCP三次握手建立连接和四次挥手断开连接_第5张图片

  1. 首先客户端想要释放连接,向服务器端发送一段TCP报文,其中:

    标记位为FIN,表示“请求释放连接“;
    序号为Seq=U;
    随后客户端进入FIN-WAIT-1阶段,即半关闭阶段。并且停止在客户端到服务器端方向上发送数据,但是客户端仍然能接收从服务器端传输过来的数据。

  2. 服务器端接收到从客户端发出的TCP报文之后,确认了客户端想要释放连接,随后服务器端结束ESTABLISHED阶段,进入CLOSE-WAIT阶段(半关闭状态)并返回一段TCP报文,其中:

    标记位为ACK,表示“接收到客户端发送的释放连接的请求”;
    序号为Seq=V;
    确认号为Ack=U+1,表示是在收到客户端报文的基础上,将其序号Seq值加1作为本段报文确认号Ack的值;
    随后服务器端开始准备释放服务器端到客户端方向上的连接。
    客户端收到从服务器端发出的TCP报文之后,确认了服务器收到了客户端发出的释放连接请求,随后客户端结束FIN-WAIT-1阶段,进入FIN-WAIT-2阶段
    前"两次挥手"既让服务器端知道了客户端想要释放连接,也让客户端知道了服务器端了解了自己想要释放连接的请求。于是,可以确认关闭客户端到服务器端方向上的连接了

  3. 服务器端自从发出ACK确认报文之后,经过CLOSED-WAIT阶段,做好了释放服务器端到客户端方向上的连接准备,再次向客户端发出一段TCP报文,其中:

    标记位为FIN,ACK,表示“已经准备好释放连接了”。注意:这里的ACK并不是确认收到服务器端报文的确认报文。
    序号为Seq=W;
    确认号为Ack=U+1;表示是在收到客户端报文的基础上,将其序号Seq值加1作为本段报文确认号Ack的值。
    随后服务器端结束CLOSE-WAIT阶段,进入LAST-ACK阶段。并且停止在服务器端到客户端的方向上发送数据,但是服务器端仍然能够接收从客户端传输过来的数据。

  4. 客户端收到从服务器端发出的TCP报文,确认了服务器端已做好释放连接的准备,结束FIN-WAIT-2阶段,进入TIME-WAIT阶段,并向服务器端发送一段报文,其中:

    标记位为ACK,表示“接收到服务器准备好释放连接的信号”。
    序号为Seq=U+1;表示是在收到了服务器端报文的基础上,将其确认号Ack值作为本段报文序号的值。
    确认号为Ack=W+1;表示是在收到了服务器端报文的基础上,将其序号Seq值作为本段报文确认号的值。
    随后客户端开始在TIME-WAIT阶段等待2MSL
    服务器端收到从客户端发出的TCP报文之后结束LAST-ACK阶段,进入CLOSED阶段。由此正式确认关闭服务器端到客户端方向上的连接。
    客户端等待完2MSL之后,结束TIME-WAIT阶段,进入CLOSED阶段,由此完成“四次挥手”。
    后“两次挥手”既让客户端知道了服务器端准备好释放连接了,也让服务器端知道了客户端了解了自己准备好释放连接了。于是,可以确认关闭服务器端到客户端方向上的连接了,由此完成“四次挥手”。

与“三次挥手”一样,在客户端与服务器端传输的TCP报文中,双方的确认号Ack和序号Seq的值,都是在彼此Ack和Seq值的基础上进行计算的,这样做保证了TCP报文传输的连贯性,一旦出现某一方发出的TCP报文丢失,便无法继续"挥手",以此确保了"四次挥手"的顺利完成。

参考

详解TCP连接的“三次握手”与“四次挥手”(上)
详解TCP连接的“三次握手”与“四次挥手”(下)
使用Wireshark、Fiddler抓取TCP包、HTTPS协议并进行分析

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