TCP(传输控制协议)是一个面向连接、可靠的传输层协议。在建立和关闭连接时,TCP使用“三次握手”和“四次挥手”机制来确保可靠的通信。下面我们详细讲解这两个过程:
一、三次握手(TCP连接建立)
三次握手是建立TCP连接的过程,目的是确保客户端和服务器之间的连接是可靠的。通过三次握手,双方能够确认彼此的接收和发送能力,以及初始的序列号。
三次握手的过程:
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第一次握手 — 客户端发送SYN请求:
- 客户端发送一个SYN(同步序列编号)报文段到服务器,表示客户端希望建立连接。此时客户端进入
SYN_SENT
状态,等待服务器的响应。 - SYN报文段中会包含客户端的初始序列号(
Seq=Client_ISN
),并且SYN标志位被设置为1。
- 客户端发送一个SYN(同步序列编号)报文段到服务器,表示客户端希望建立连接。此时客户端进入
-
第二次握手 — 服务器回应SYN-ACK:
- 服务器收到客户端的SYN报文后,服务器会发送一个SYN-ACK报文段给客户端,表示同意建立连接。此时,服务器进入
SYN_RECEIVED
状态,等待客户端的确认。 - 该报文中会包含服务器的初始序列号(
Seq=Server_ISN
),并且ACK标志位被设置为1,表示确认收到客户端的SYN请求(Ack=Client_ISN+1
)。服务器还会发送自己的SYN请求。
- 服务器收到客户端的SYN报文后,服务器会发送一个SYN-ACK报文段给客户端,表示同意建立连接。此时,服务器进入
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第三次握手 — 客户端确认:
- 客户端收到服务器的SYN-ACK报文后,客户端会发送一个ACK报文段来确认收到服务器的SYN-ACK。此时,客户端进入
ESTABLISHED
状态,表示连接已经建立。 - 该报文段的序列号为
Seq=Client_ISN+1
,ACK字段值为Ack=Server_ISN+1
。客户端发送完毕后,服务器也进入ESTABLISHED
状态,连接建立完成。
- 客户端收到服务器的SYN-ACK报文后,客户端会发送一个ACK报文段来确认收到服务器的SYN-ACK。此时,客户端进入
通过这三次握手,客户端和服务器都能确认彼此的接收能力,并且同步序列号,确保数据传输的可靠性。
总结:
- 第一次:客户端发送SYN请求,服务器收到后回SYN-ACK;
- 第二次:服务器返回SYN-ACK,客户端确认;
- 第三次:客户端确认,连接建立。
二、四次挥手(TCP连接关闭)
四次挥手是TCP连接的终止过程。由于TCP是全双工的连接,每一方向的关闭都需要独立处理。四次挥手的目的是确保双方能够完成数据的传输,优雅地关闭连接。
四次挥手的过程:
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第一次挥手 — 客户端发送FIN:
- 客户端发送一个FIN(结束连接)报文段,表示客户端已经没有数据发送到服务器了。此时,客户端进入
FIN_WAIT_1
状态。 - 此时客户端请求关闭连接,但仍然可以接收数据。
- 客户端发送一个FIN(结束连接)报文段,表示客户端已经没有数据发送到服务器了。此时,客户端进入
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第二次挥手 — 服务器回应ACK:
- 服务器收到客户端的FIN报文后,表示已经接收到客户端关闭连接的请求。服务器会返回一个ACK报文段,确认客户端的FIN报文。此时,服务器进入
CLOSE_WAIT
状态。 - 服务器的ACK报文段的
Ack=Client_SEQ+1
,表明服务器已接收到客户端的关闭请求。
- 服务器收到客户端的FIN报文后,表示已经接收到客户端关闭连接的请求。服务器会返回一个ACK报文段,确认客户端的FIN报文。此时,服务器进入
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第三次挥手 — 服务器发送FIN:
- 服务器发送一个FIN报文段,表示服务器端的数据也传输完毕,准备关闭连接。此时,服务器进入
LAST_ACK
状态。 - 此时服务器告诉客户端它已经没有数据要发送了,请求客户端关闭连接。
- 服务器发送一个FIN报文段,表示服务器端的数据也传输完毕,准备关闭连接。此时,服务器进入
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第四次挥手 — 客户端回应ACK:
- 客户端收到服务器的FIN报文后,发送一个ACK报文段来确认。此时客户端进入
TIME_WAIT
状态,等待一段时间,以确保服务器收到ACK报文后再完全关闭连接。 - 客户端的ACK报文的序列号为
Ack=Server_SEQ+1
。此时,客户端可以关闭连接,进入CLOSED
状态。
TIME_WAIT状态:客户端在发送完最后的ACK报文后,会进入
TIME_WAIT
状态,通常会持续2倍的最大报文生存时间(MSL,Maximum Segment Lifetime),目的是确保服务器能够收到ACK报文,避免重复的数据包影响新连接。 - 客户端收到服务器的FIN报文后,发送一个ACK报文段来确认。此时客户端进入
总结:
- 第一次:客户端发送FIN,表示请求关闭;
- 第二次:服务器回复ACK,确认关闭;
- 第三次:服务器发送FIN,表示数据发送完毕;
- 第四次:客户端回复ACK,连接完全关闭。
为什么需要四次挥手?
TCP连接是全双工的,客户端和服务器各自都可以独立地发送和接收数据。因此,当客户端或服务器中的一方决定关闭连接时,需要确保另一方还有时间来完成数据的发送,避免丢失数据。此外,TIME_WAIT
状态可以防止连接关闭后的老数据包干扰新的连接。
总结
- 三次握手:用于建立TCP连接,确保双方都准备好进行数据传输,并且能够同步初始的序列号。
- 四次挥手:用于正常终止TCP连接,确保双方都能完成剩余数据的发送和接收,并且优雅地关闭连接。
这两种机制是TCP协议提供的可靠性保障,确保在连接的建立与关闭过程中不会丢失数据或出现通信错误。