【计算机网络】TCP建立连接、释放连接的三次握手和四次挥手

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1 前言

TCP是面向连接的协议，其基于运输连接来传送TCP报文段，两个端点要进行有连接的通信都有三个阶段：如连接建立、数据传送和连接释放。

TCP连接的管理就是使得两个端点之间的连接能够正常的建立和释放。

在连接建立的过程中，要解决以下三个问题：

• 通信双方知道对方的存在；
• 要允许双方协商一些参数，如最大窗口值；
• 能够对运输实体资源进行分配，如缓存大小；

2 建立连接（三次握手）

TCP的连接建立是C/S模式。主动发起连接的叫客户端，被动响应的叫服务端

连接的建立需要经过三个阶段，俗称三次握手。

1）最初，两端的TCP进程都处于关闭状态，TCP服务进程首先创建传输控制块，控制块用来存储TCP连接中的一些重要信息，如TCP连接表、指向发送和接收缓存的指针。此时TCP服务器就处于监听状态；

2）客户端也先创建传输控制块，然后在打算建立TCP连接时，向TCP服务器进程发送TCP连接请求报文段，并进入同步已发送状态；

【注：该请求报文段中，同步位SYN被设置为1，序号字段初始值为x。（TCP规定SYN被置为1的报文段不能携带数据，但要消耗一个序号）】

3）服务器收到客户端的请求报文段，如果同意建立连接，服务端则向克服的发送确认报文段 ，自身进入同步已接收状态；

【注：该确认报文段中，同步位SYN，ACK都为1，seq为y服务器的初始序号，确认号为x+1，对客户端序号的确认。】

4）客户端在收到确认报文段后，还要向服务器发送一个普通的确认报文段，并进入连接已确认状态；

【注：该确认报文段中，ACK为1，seq为x+1，ack为y+1】

5）服务器收到该普通确认报文段后，也进入连接已确认状态；

建立完毕！

图：

3 释放连接（四次挥手）

数据传输完毕后，客户端和服务器都可以释放连接。

1）我们假设客户端主动关闭连接，客户端会向服务器发送连接释放报文段，并进入终止-等待1状态，

【注：该报文段FIN和ACK的值都被置为1，同时也对之前收到的报文段进行确认，seq=u（u等于客户端进程之前已经传送过的数据的序号+1），ack=v（v等于客户端已收到的序号+1）。TCP规定FIN置为1的报文段即使不携带数据，也要消耗点一个序号。】

2）服务器收到客户端连接释放报文段后，发送一个普通的确认报文段给客户端，自身进入关闭等待状态。服务器这时通知高层，说明客户端要断开和自己的连接；

【注：该确认报文段ACK为1，seq=v（v等于服务器之前已传送过的数据的序号+1），ack=u+1】

3）此时，从客户端到服务器的这条线路就关闭了，此时TCP连接处于半关闭，就是说客户端不能向服务器发数据了，但是服务器还可以向客户端发，就是说服务器到客户端的这条线路还没有关闭；

4）客户端收到服务器的确认报文段后进入终止-等待2状态，等待服务器发出的释放连接报文段；

5）服务器要释放连接，服务器向客户端发送连接释放报文段并进入最后确认状态；

【注：该报文段FIN和ACK的值都被置为1，同时也对之前收到的报文段进行确认，seq=w（w等于客户端进程之前已经传送过的数据的序号+1），ack=u+1。】

6）客户端收到该释放连接报文段，必须向服务器发送普通的确认报文段， 之后进入时间-等待状态；

【注：该确认报文段ACK的都被置为1，seq=u+1，ack=w+1。】

7）服务器收到该确认报文段后，就进入关闭状态，客户端经过2MSL进入关闭状态。【为什么要过2MSL，见疑问点】；

图：

4 疑问点

1.为什么建立连接需要三次握手？二次握手不行吗？

答：二次握手不行。如果客户端发送一个建立连接请求（第一个请求）给服务器，但是这个请求在网络中滞留很久，此时又引发了该报文段的超时重传（第二个请求），假设这个超时重传的报文段（第二个请求）被服务器正常的接收了，服务器给客户端发送一个连接确认报文段，进入连接已建立状态，客户端收到后，也进入连接已建立状态，然后TCP连接建立完毕，可数据传输，然后释放连接，双方都关闭连接。之后，在网络中滞留的建立连接请求（第一个请求）又到了服务器，服务器以为是客户端重新向其请求建立连接，服务器又进入连接已建立状态，又给客户端发确认报文，但是客户端不予理睬，但服务器会等待客户端发送数据，这就浪费了服务器占主机的资源。

总之，采用三次握手，而不是二次握手，是为了防止已经失效的连接请求报文段又传送到了服务器端，因而导致错误。

2.为什么客户端发送最后一个确认报文段后，还要等待2MSL才进入关闭状态？

答：服务器向客户端发送连接释放报文段后进入最后确认状态，客户端收到后，向服务器发送普通的确认报文段，并进入关闭状态。然而，该确认报文段丢失了，服务器没收到，会导致服务器对连接释放报文段进行超时重传，但重传的报文段是到达已经关闭的客户端，无法接收，所以服务器会一直重传，并处于最后确认状态，无法关闭。

简之，时间-等待状态以及需要2MSL的时间才进入关闭状态 可以确保服务器可以收到确认报文段而进入关闭状态。还有防止已经失效的连接请求报文段【如疑问1】。

5 参考文献

[1] 计算机网络-王道
[2] B站湖科大教书匠