TCP协议状态机及三次握手四次挥手过程

5 网络基础知识储备

5.1 OSI七层模式

OSI七层模式

5.2 TCP/IP协议栈

TCP/IP协议栈

5.3 描述TCP协议状态机及三次握手四次挥手过程

5.3.1 TCP 协议状态机

1. TCP状态转换图

• • CLOSED： 初始状态
  • LISTEN： 服务器端的某个SOCKET处于监听状态，可以接收连接了
  • SYN_RCVD： 服务器接收到了SYN报文
  • SYN_SENT： 客户端已发送SYN报文
  • ESTABLISHED：连接已经建立了
  • FIN_WAIT_1：当SOCKET在ESTABLISHED状态时，它想主动关闭连接，向对方发送了FIN报文，此时该SOCKET即进入到FIN_WAIT_1状态。而当对方回应ACK报文后，则进入到FIN_WAIT_2状态，当然在实际的正常情况下，无论对方何种情况下，都应该马上回应ACK报文，所以FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的，而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到
  • 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
  • TIME_WAIT： 表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，就等2个MSL（最大生存时间）值（RFC建议2分钟，Berkeley传统使用30s）后即可回到CLOSED可用状态了。如果FIN_WAIT_1状态下，收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入到TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态
  • CLOSING： 这种状态比较特殊，实际情况中应该是很少见，属于一种比较罕见的例外状态。正常情况下，当你发送FIN报文后，按理来说是应该先收到（或同时收到）对方的ACK报文，再收到对方的FIN报文。但是CLOSING状态表示你发送FIN报文后，并没有收到对方的ACK报文，反而却也收到了对方的FIN报文。什么情况下会出现此种情况呢？其实细想一下，也不难得出结论：那就是如果双方几乎在同时close一个SOCKET的话，那么就出现了双方同时发送FIN报文的情况，也即会出现CLOSING状态，表示双方都正在关闭SOCKET连接
  • CLOSE_WAIT： 这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢？当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己，你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对方，此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢，实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方，如果没有的话，那么你也就可以close这个SOCKET，发送FIN报文给对方，也即关闭连接。所以你在CLOSE_WAIT状态下，需要完成的事情是等待你去关闭连接
  • LAST_ACK： 被动关闭一方在发送FIN报文后，最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后，也即可以进入到CLOSED可用状态了

5.3.2 三次握手

1. 建立TCP连接：

• 客户端发送一个带SYN标志的TCP报文到服务器，这是三次握手过程中的报文1
• 服务器端回应客户端的，这是三次握手中的第2个报文，这个报文同时带ACK标志和SYN标志。因此它表示对刚才客户端SYN报文的回应；同时又标志SYN给客户端，询问客户端是否准备好进行数据通讯
• 客户端必须再次回应服务端一个ACK报文，这是报文3。

5.3.3 四次挥手

1. 关闭TCP连接

• • TCP客户端发送一个FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送（报文段4）
  • 服务器收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1（报文段5）。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号
  • 服务器关闭客户端的连接，发送一个FIN给客户端（报文段6）
  • 客户端发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1（报文段7）

小结

• 整体图

1. 为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？

这是因为服务端在LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的

2. 为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？

这是因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到，因此对方处于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ACK报文

5.4 loopback网卡功能

loopback网卡功能

5.5 描述数据包封装解封装过程

数据包封装解封装过程

5.6 端口号的作用及常用的协议端口号有哪些

端口号的作用及常用的协议端口号

5.7 IP模块

IP模块

5.8 基础路由和交换技术

基础路由和交换技术