TCP三次握手四次挥手详解

TCP的运输连接管理

TCP是面向连接的协议。运输连接是用来传送TCP报文的。TCP运输连接的建立和释放是每一次面向连接的通信中必不可少的过程。因此，运输连接就有三个阶段即连接建立，数据传送和连接释放。运输连接的管理就是使运输连接的简历和释放都能正常地进行。
TCP连接建立过程中要解决以下三个问题：
1）要使每一方能够确知对方的存在。
2）要允许双方协商一些参数（如最大窗口值，是否使用窗口扩大选项和时间戳选项以及服务质量等）
3）能够对运输实体资源（如缓存大小，连接表中的项目等）进行分配。
TCP连接采用客户服务器方式。即C/S。

TCP的连接建立

TCP建立连接的过程叫做握手。握手需要在客户和服务器之间交换三个TCP报文段。

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假定主机A运行的是客户端，B运行服务端。最初两端的TCP进程都处于CLOESD状态。图中在主机下面的方框分别是TCP进程所处的状态。请注意，在本例中，A主动打开连接，而B被动打开连接。
B的TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，准备接受客户进程的连接请求。然后服务器进程就处于LISTEN状态，等待客户的连接请求。如有，则作出相应。
现在开始建立TCP连接。

连接建立的握手环节

• 第一次握手：A将SYN置1，选择一个seq=x（序号，起始发送位）。SYN报文段不能携带数据，但要消耗掉一个序号。这时TCP进程进入SYN-SENT（同步已发送）状态。
• 第二次握手：B收到请求报文段后，若同意则向A发送确认。在确认报文段中把SYN和ACK都置1，确认号是ack = x+1，同时也为自己选择一个初始序号seq=y。这个报文段也不能携带数据，但同样要消耗掉一个序号。TCP服务器进程进入SYN-RCVD（同步收到）状态。
• 第三次握手：TCP客户进程收到B的确认后，还要向B给出确认。确认报文段的ACK置1（连接建立，两边ACK必须全部置1），确认号ack = y+1，而自己的序号seq = x+1。TCP的标准规定，ACK报文段可以携带数据。但如果不携带数据则不消耗序号。在这种情况下，下一个数据报文段的序号仍是seq=x+1.这时TCP连接已经建立，A进入ESABLISHED（已建立连接）状态。

A最后又发送一次确认的原因：防止已经失效的连接请求报文段突然又传送到了B，因而产生错误。
产生过程：
1）A发出请求，但报文段丢失B未收到。
2）A重新传输，收到确认，建立了连接。数据传输完毕后释放。A共发送了两个连接请求报文段，其中第一个丢失，第二个到达了B。
3）那么此时，有可能连接请求报文段并没有丢失而是滞留在了网络节点中，延误后到达了B。此时它已经失效，若B收到以后或许会误认为A又发送了一次新的连接请求。于是又第二次握手发出确认报文段。同意建立连接。
4）由于现在A并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬B的确认，也不会向B发送数据，但B却以为新的连接建立了，并一直等待A发来数据。B的许多资源就这样浪费了。

连接释放的挥手环节

数据传输结束双方都可释放连接，现在A和B都处于ESTABLISHED（已建立连接）状态。

四次挥手.png

• 第一次挥手：A的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段，并停止再发送数据，主动关闭TCP连接（注意此时关闭的是与自己客户端的连接）。FIN置1，序号seq=u，它等于前面已传送过的数据的最后一个字节的序号加1。这时A进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态，等待B的确认。请注意，TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，它也会消耗掉一个序号。（与SYN相同）
• 第二次挥手：B收到连接释放报文段即发出确认。确认号是ack=u+1。而这个报文段自己的序号是v，等于B前面已传送过的数据的最后一个字节的序号加1.然后B就进入CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器进程这时应通知高层应用进程，因而从A到B这个方向的连接就释放了，这时TCP连接处于半关闭状态。即A已经没有数据要发送了，但B若发送数据，A仍然需要接收。也就是说，从B到A这个方向的连接并未关闭。
• 第三次挥手：A收到来自B的确认后，就进入FIN-WAIT2（终止等待2）状态，等待B发出的连接释放报文段。若B已经没有要向A发送的数据，其应用进程就通知TCP释放连接。这时B发出的连接释放报文段必须FIN=1。现假定B的序号为w（在半关闭状态下B可能又发送了一些数据，因此与v有一定距离）。B还必须重复上次已发送过的确认号ack=u+1.这时B就进入LAST-ACK（最后确认）状态，等待A的确认。
• 第四次挥手：A在收到B的连接释放报文段后，必须对此发出确认。在确认报文段中把ACK置1，确认号为ack=w+1，而自己的序号是seq=u+1（根据TCP标准，前面发送过的FIN报文段要消耗一个序号）。然后进入到TIME-WAIT（时间等待）状态。现在TCP还没有释放掉。必须经过时间等待计时器设置的时间2MSL后，A才能进入到CLOSED状态。时间MSL叫做最长报文段寿命。

为什么A在TIME-WAIT状态必须等待2MSL的时间呢？

有两个理由：
1）为了保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B。这个ACK报文段有可能丢失，因而使处在LAST-ACK状态的收不到对己发送的FIN+ACK报文段的确认。B会超时重传这个FIN+ACK报文段，而A就能在2MSL时间内收到这个重传的FIN+ACK报文段。接着A重传一次确认，重新启动2MSL计时器。
捯饬一下这里面的时间：

• A发送ACK报文段确认，丢失，B等待时间=MSL。
• B超时重传FIN+ACK报文段，报文段必在2MSL之内传完，因此A就在时间等待计时器之内收到了B的重传报文段，此时再重置时间等待计时器。

如若ACK报文段无法传达，则B服务器TCP无法释放。

2）防止“已失效的连接请求报文段”出现在本连接中。A在发送完最后一个ACK报文段后，再经过时间2MSL，就可以使得本连接持续的时间所产生的的所有报文段都从网络中消失。这样下一个新的连接不会出现旧的失效的报文段。