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沐瑶 / LearningNotes

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陌溪 authored 2020-06-27 18:47 . feat:增加计算机网络部分笔记

三次握手和四次挥手

三次握手

概念

为什么需要握手:握手的作用就是为了同步一些信息,比如最大滑动窗口

TCP:是一个可靠的连接,也就是客户端和服务器双方必须感知对方的存在,也就是需要经历一个建立连接的过程

用三次握手建立TCP连接,连接有三个阶段

  • 建立连接
  • 数据传输
  • 连接释放

连接的管理就是使连接的建立和释放都能正常地进行,连接阶段过程中要解决以下三个问题

  • 要使每一方都能确知对方的存在
  • 要允许双方协商一些参数
  • 能够对运输实体分配资源

TCP连接建立过程

TCP建立连接的过程:被称为握手

image-20200412155010409

① 握手过程其实是发送的TCP报文,在这里面有两个字段,SYN 和 seq

  • SYN = 1:表示该报文不能携带数据,但是需要消耗一个SEQ(序号),可以想象成我们对消息编号
  • seq:TCP的每个字节发送的时候,都有一个序号,主要是为了保证可靠性,比如当我服务器通过TCP报文得到了有N个字节需要接受,但是最后只接受到了N-1个,我们通过序号就知道哪个没有被接收到。
  • 客户端进入SYN_SENT状态,即同步已发送

② 当服务器接受到我们的握手请求时,会回复一个确认报文

  • SYN:表示不携带数据,同时消耗一个SEQ = y(这里的y是任意数字,可以是1,2,3,4)
  • ACK:=1 表示这是一条确定报文
  • ack:x+1,其中x是刚刚客户端发送过来的
  • 服务器进入SYN_RECVD状态,即同步已收到

③ 当客户端收到确认报文的时候,客户端需要对这个确认报文进行回复

  • ACK:=1,表示这是一条确认报文
  • seq:= x +1,
  • ack:= y+1

经过了这三次握手,两者就进入了连接状态

通俗的理解

  • 客户端:服务器,我们可以建立连接么? -> SYN= 1 , seq = x
  • 服务器:可以啊,我们建立连接吧 ! -> ACK =1, SYN = 1, seq = y, ack = x+1
  • 客户端:收到,建立连接吧! -> ACK = 1, SYN = 1,seq = x + 1, ack = y + 1

然后建立TCP连接

中国机长版三次握手

image-20200412163516738

为什么是三次握手

四次握手

四次连接有点多余,第三次的时候,我们已经互相进行了连接确认

但是因为我们无法保证百分百的可靠性

两次握手:

客户端知道服务器有接收 和 发送的能力,服务器不知道客户端有没有接收数据的能力,因为通过第一次握手,已经知道了客户端能够发送数据,但是能不能接收数据,还是不清楚,因此这个TCP连接是不可靠的。

为什么不能两次握手就建立连接

因为超时重传机制的存在

但客户端发送第一次握手的时候,可能会经历网络拥塞,然后客户端会以为这个连接已经丢失,然后会重新发送一个请求连接的信息到服务器,这次发送的消息很快被服务器接受,然后服务器建立连接就开始建立连接。但是当第一次发送的请求经过一段时间的阻塞后,成功到达服务器,然后服务器又连接连接,而此时客户端是不会理会这次请求的建立,所以服务器一直在等待客户端数据的发送。

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四次挥手

所谓的四次挥手,就是关闭TCP连接的过程,指的是断开一个TPC连接,需要客户端和服务端总共发送4个包,以确定双方连接的断开。

主要目的:保证TCP连接的全双工连接

四次挥手示意图

img

由于TCP连接是全双工的,因此每个方向都必须单独关闭,这个原则是当以防完成它的数据发送任务后,就能发送一个FIN包来终止这个方向的连接。

收到一个FIN包只意味着这一方向上没有数据流动,一个TCP连接在收到一个FIN后,仍然能发送数据,首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方执行被动关闭。

四次挥手过程

  • 第一次挥手:客户端发送一个FIN包(FIN=1,seq=U)给服务器,用来关闭客户端到服务器端的数据传输,客户端进入FIN_WAIT_1状态(终止等待)
  • 第二次挥手:服务器端收到FIN包后,发送一个ACK包(ACK=1,ack=u+1,在随机产生一个值v 给seq)给客户端,服务器进入了CLOSE_WAIT状态(关闭等待)
  • 第三次挥手:服务器端发送一个FIN包(FIN=1,ACK=1,ack=u+1,在随机产生 一个w值给seq)给客户端,用来关闭服务器到客户端的数据传输,服务端进入了LAST_ACK(最后确定)状态
  • 第四次挥手:客户端接收FIN包,然后进入TIME_WAIT状态,接着发送一个ACK包(ACK=1,seq=u+1, ack = w+1) 给服务端,服务端确定序号,进入CLOSe状态,完成了四次挥手。

挥手中的状态

  • CLOSED:表示初始状态
  • ESTABLISHED:表示连接已经连接
  • FIN_WAIT:状态FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2都表示等待对方的FIN报文,这两个状态的区别是,当主动发送方给对方发送了断开请求时,就进入了FIN_WAIT_1状态,而到被动方在回应后,主动发送方就进入了FIN_WAIT_2。
  • 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
  • CLOSE_WAIT:这个状态的含义是 表示在等待关闭
  • LAST_ACK:在被动关闭放发送FIN报文后,最后等待对方的ACK报文,当收到了ACK报文后,就进入了CLOSE状态。

为什么TIME_WAIT状态还需要等待2MSL后才能返回CLOSE

这是因为虽然双方都同意了关闭连接,而且握手的4个报文也都协调和发送完毕,按道理可以直接回到CLOSE状态

但是因为我们需要假设网络是不可靠的,你无法保证你最后发送的ACK报文是会一定被对方收到,因此处于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报文。

中国机长版四次挥手

当客户端与服务器在规定的时间内没有得到应答

会发送报文进行探测,假设没有应答,那么就会关闭连接

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下面是四次挥手的过程

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