三次握手过程
三次握手(Three-way Handshake)其实就是指建立一个TCP连接时,需要客户端和服务器总共发送3个包。进行三次握手的主要作用就是为了确认双方的接收能力和发送能力是否正常、指定自己的初始化***为后面的可靠性传送做准备。实质上其实就是连接服务器指定端口,建立TCP连接,并同步连接双方的***和确认号,交换TCP窗口大小信息。
刚开始客户端处于 Closed 的状态,服务端处于 Listen 状态。
进行三次握手:
(1)第一次握手:Client将标志位SYN置为1,随机产生一个值seq=J,并将该数据包发送给Server,Client进入SYN_SENT状态,等待Server确认。
(2)第二次握手:Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接,Server将标志位SYN和ACK都置为1,ack=J+1,随机产生一个值seq=K,并将该数据包发送给Client以确认连接请求,Server进入SYN_RCVD状态。
(3)第三次握手:Client收到确认后,检查ack是否为J+1,ACK是否为1,如果正确则将标志位ACK置为1,ack=K+1,并将该数据包发送给Server,Server检查ack是否为K+1,ACK是否为1,如果正确则连接建立成功,Client和Server进入ESTABLISHED状态,完成三次握手,随后Client与Server之间可以开始传输数据了。
为什么要三次握手,两次不行吗
第一次握手:客户端发送网络包,服务端收到了。
这样服务端就能得出结论:客户端的发送能力、服务端的接收能力是正常的。
第二次握手:服务端发包,客户端收到了。
这样客户端就能得出结论:服务端的接收、发送能力,客户端的接收、发送能力是正常的。不过此时服务器并不能确认客户端的接收能力是否正常。
第三次握手:客户端发包,服务端收到了。
这样服务端就能得出结论:客户端的接收、发送能力正常,服务器自己的发送、接收能力也正常。
因此,需要三次握手才能确认双方的接收与发送能力是否正常。
四次挥手过程
挥手请求可以是Client端,也可以是Server端发起的,我们假设是Client端发起:
第一次挥手: Client端发起挥手请求,向Server端发送标志位是FIN报文段,设置***seq,此时,Client端进入FIN_WAIT_1状态,这表示Client端没有数据要发送给Server端了。
第二次挥手:Server端收到了Client端发送的FIN报文段,向Client端返回一个标志位是ACK的报文段,ack设为seq加1,Client端进入FIN_WAIT_2状态,Server端告诉Client端,我确认并同意你的关闭请求。
第三次挥手: Server端向Client端发送标志位是FIN的报文段,请求关闭连接,同时Client端进入LAST_ACK状态。
第四次挥手 : Client端收到Server端发送的FIN报文段,向Server端发送标志位是ACK的报文段,然后Client端进入TIME_WAIT状态。Server端收到Client端的ACK报文段以后,就关闭连接。此时,Client端等待2MSL的时间后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,Client端也可以关闭连接了。
挥手为什么需要四次?
因为当服务端收到客户端的SYN连接请求报文后,可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的,SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时,当服务端收到FIN报文时,很可能并不会立即关闭SOCKET,所以只能先回复一个ACK报文,告诉客户端,“你发的FIN报文我收到了”。只有等到我服务端所有的报文都发送完了,我才能发送FIN报文,因此不能一起发送。故需要四次挥手。
四次挥手释放连接时,等待2MSL的意义?
为了保证客户端发送的最后一个ACK报文段能够到达服务器。因为这个ACK有可能丢失,从而导致处在LAST-ACK状态的服务器收不到对FIN-ACK的确认报文。服务器会超时重传这个FIN-ACK,接着客户端再重传一次确认,重新启动时间等待计时器。最后客户端和服务器都能正常的关闭。假设客户端不等待2MSL,而是在发送完ACK之后直接释放关闭,一但这个ACK丢失的话,服务器就无法正常的进入关闭连接状态。
为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL才能返回到CLOSE状态?
理论上,四个报文都发送完毕,就可以直接进入CLOSE状态了,但是可能网络是不可靠的,有可能最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。
一张TCP状态变迁图,很具有代表性,有助于大家理解三次握手和四次挥手的状态变化
最后一个关于三次握手和四次挥手的最简单的理解
一:建立TCP连接:三次握手协议
客户端:我要对你讲话,你能听到吗;
服务端:我能听到;而且我也要对你讲话,你能听到吗;
客户端:我也能听到。
…….
互相开始通话
………
二:关闭TCP连接:四次握手协议
客户端:我说完了,我要闭嘴了;
服务端:我收到请求,我要闭耳朵了;
(客户端收到这个确认,于是安心地闭嘴了。)
…….
服务端还没倾诉完自己的故事,于是继续唠唠叨叨向客户端说了半天,直到说完为止
…….
服务端:我说完了,我也要闭嘴了;
客户端:我收到请求,我要闭耳朵了;(事实上,客户端为了保证这个确认包成功送达,等待了两个最大报文生命周期后,才闭上耳朵。)
(服务端收到这个确认,于是安心地闭嘴了。)