看图理解TCP的三次握手和四次挥手

2018-04-09 阅读 2792 收藏 5 原链:segmentfault.com
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阅读时间:8min 阅读目标:

  1. 掌握TCP连接过程
  2. 学会计算seq、ack码

TCP 协议是HTTP协议的重要基础,充分理解TCP协议的连接及端口,有助于我们深入理解网络请求和连接。今天就来看图学习TCP请求的连接、数据传输及端口连接。


OSI7层网络模型

OSI是Open System Interconnection的缩写,国际标准化组织(ISO)制定了OSI模型,该模型定义了不同计算机互联的标准,是设计和描述计算机网络通信的基本框架。

参考模型(从上至下) 各层含义
应用层 为应用程序提供服务,如HTTP、FTP、SMTP、POP3等
表示层 数据格式转换翻译、数据加密解密、压缩解压缩
会话层 不同机器之间的用户建立及管理会话
传输层 建立管理和维护端到端的连接,TCP、UDP
网络层 IP地址及路由选择
数据链路层 物理寻址,将原始比特流转化为逻辑传输线路
物理层 机械、电子、定时接口通信信道上上的原始比特流传输

1. 传输层

接受上一次的数据,将数据进行分割,保证数据准确到达对端。

2. TCP

TCP是面向连接的无状态的协议。为了连接的可靠性,每次连接的建立都需要3次握手。

2.1 建立连接(3次握手)

3次握手的目的:

  1. 同步连接双方的序列号和确认号;
  2. 交换TCP窗口大小信息。
客户端(状态) 建立连接(三次握手) 服务端(状态)
CLOSED LISTEN
SYN seq=0 ==》
SYN_SENT
《== SYN ACK ack=1,seq=0
SYN_RCVD
ACK ack=1,seq=1 ==》
ESTABLISHED ESTABLISHED
  • 第一次握手: 建立连接。客户端发送连接请求,发送SYN报文,随机生成seq,本例默认为0。然后,客户端进入SYN_SEND状态,等待服务器的确认。
  • 第二次握手: 服务器收到客户端的SYN报文段。需要对这个SYN报文段进行确认,发送ACK报文,将ack设置为1(ack值为对方seq+1或者seq+L(数据长度L))。同时,自己还要发送SYN请求信息,将seq为0。服务器端将上述所有信息一并发送给客户端,此时服务器进入SYN_RECV状态。
  • 第三次握手: 客户端收到服务器的ACK和SYN报文后,进行确认,然后将ack设置为1,seq设置为1,向服务器发送ACK报文段,这个报文段发送完毕以后,客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态,完成TCP三次握手。

2.2 数据传输

客户端 数据传输 服务端
PSH seq=1, ACK ack=1(segmentLen = 99) ==》
《== PSH seq=1, ACK ack=100 (segmentLen = 119)
ACK ack=120,seq=100 ==》
  • 客户端先向服务器发送数据,该数据报是长度为99的数据。
  • 服务器收到报文后, 也向客户端发送了一个数据进行确认(ACK),并且返回客户端要请求的数据,数据的长度为111,将seq设置为1,ack设置为120(1 + 119)。
  • 客户端收到服务器返回的数据后进行确认(ACK),将seq设置为100, ack设置为112(1 + 111)。

2.3 断开链接(4次挥手)

客户端(状态) 断开连接 服务端(状态)
FIN ACK ack=120,seq=100 ==》
FIN_WAIT_1
《== ACK ack=101,seq=120
FIN_WAIT_2 CLOSE_WAIT
《== ACK ack=101,seq=120
LAST_ACK
ACK ack=121,seq=101 ==》
TIME_WAIT CLOSE
  • 第一次挥手:客户端向服务器发送一个FIN报文段,将设置seq为100和ack为120,;此时,客户端进入 FIN_WAIT_1状态,这表示客户端没有数据要发送服务器了,请求关闭连接;
  • 第二次挥手:服务器收到了客户端发送的FIN报文段,向客户端回一个ACK报文段,ack设置为101,seq设置为120;服务器进入了CLOSE_WAIT状态,客户端收到服务器返回的ACK报文后,进入FIN_WAIT_2状态;
  • 第三次挥手:服务器会观察自己是否还有数据没有发送给客户端,如果有,先把数据发送给客户端,再发送FIN报文;如果没有,那么服务器直接发送FIN报文给客户端。请求关闭连接,同时服务器进入LAST_ACK状态;
  • 第四次挥手:客户端收到服务器发送的FIN报文段,向服务器发送ACK报文段,将seq设置为101,将ack设置为121,然后客户端进入TIME_WAIT状态;服务器收到客户端的ACK报文段以后,就关闭连接;此时,客户端等待2MSL后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,客户端也可以关闭连接了。

计算规则: seq 为序列号 ack 为应答码 seq = 对方上次的ack;(首次发送时seq为系统随机生成) ack = 对方的seq+1(无数据传输时) 或者 seq+L(报文数据的长度L)

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