2021-07-27 详解TCP连接建立和释放的过程（三报文握手和四次挥手）

TCP建立过程（三次握手）定义：三次握手，又称三报文握手，是指TCP连接建立的过程，由于在一次握手中发送了三次TCP报文段，因此叫做三报文握手。在socket编程中，这一过程由客户端执行connect来触发。连接过程：客户机A运行的是TCP客户程序，服务器B运行的是TCP服务器程序，A主动打开连接，而B被动打开连接；B的TCP服务程序创建传输控制块TCB，准备接受客户进程的连接请求，此时服务器进入Listen状态；A的TCP客户进程首先创建传输控制模块TCB，在打算建立TCP连接时，向B发出连接请求报文段，此报文的首部同步位SYN=1，同时选择一个随机的初始序号x令seq=x。（TCP规定，SYN=1的报文段不能携带数据，但要消耗一个序号），此时A进入了SYN-SENT（同步已发送）状态；B收到A的连接请求报文段后，通过SYN=1获悉A需要建立TCP连接，因此需要给A发送确认。此确认报文段将SYN和ACK都置为1，确认号ack为x+1，同时为自己选择一个随机的初始序号y，令seq=y，此SYN报文段不能携带数据且消耗一个序号，至此，B进入SYN-RCVD（同步收到）状态；A的TCP进程收到B的确认后，检查ack是否为x+1、ACK是否为1，通过验证则还需要再发送一次确认报文段，报文段的ACK置为1，确认号ack=y+1，序号加1成为seq=x+1，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号，至此A进入ESTABLISHED（已建立连接）状态；B收到A的确认报文段后，也进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。报文段 SYN（同步位）？ ACK（确认位）、ack（确认号）？ seq（序号） 携带数据、消耗序号？A->B SYN 1 x 不能携带数据B->A SYN 1 1，x+1 y 不能携带数据A->B ACK 1，y+1 x+1 可以携带数据，但不携带就不消耗序号seq显然，B发送给A的报文段携带信息较多，实际上这个报文段可以分成两个部分发送，第一个部分是确认报文段（ACK=1，ack=x+1），然后再发送一个同步报文段（SYN=1，seq=y），这样TCP建立连接过程就成为了四报文握手。为什么需要在B发送给A确认报文段后，A再次发送确认报文段？这是为了防止B的连接资源被白白的浪费，具体的产生情形是这样的：A向B发送一个连接请求报文段，但是由于某种原因，此报文段在某个网络节点滞留；由于A长时间没有收到B的确认报文，因此A重传连接请求报文段，此时完成一个连接过程，在服务完成后，连接释放；假设此时之前A发送的第一个连接请求报文段被发送到了B，由于之前的连接已经结束了，此时B会认为这是A发送的一个新的连接请求报文段，于是向A发送确认报文段，连接建立，danshiA认为这是一个无效的确认，因此不予理会，这时B的连接资源会一直被占用；若采用三次握手，则不会产生上述的情况。TCP连接释放过程（四次挥手）连接释放过程在连接即将释放之前，A和B都处于ESTABLISHED状态，A的应用进程首先向其TCP发出连接释放报文段，并停止发送数据，主动关闭TCP连接；连接释放报文段首部的终止控制位FIN置1，序号seq=u（u不是随机生成的，u为前面已经传送过的数据的最后一个字节的序号加1），A进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态，等待B的确认；（FIN报文段即使不携带数据，也需要消耗一个序号）；B收到连接释放报文后发出确认报文段ACK=1，确认号ack=u+1，同时序号seq=v（v为B发送数据报文最后一个字节的序号加1），然后B进入CLOSE-WAIT（关闭等待）状态，这时TCP服务器进程通知高层的应用程序，A到B方向的连接就释放了；注意，这时说的是A->B方向的连接释放，而B->A方向的连接没释放，也就是说，B发送geiA数据A仍要接收，这个状态会持续一段时间。这时，我们说TCP连接进入了半关闭状态。（是TCP连接进入了半关闭状态，而不是A或B）A收到B的报文段，进入FIN-WAIT2（终止等待）状态。若B的高层应用程序没有数据需要发送给A了，应用程序通知TCP释放连接，这时B发出一个FIN报文段，同时需要重复发送上次已经发送过的ack=u+1，这时B进入了LAST-ACK（最后确认）状态；A收到B的报文段后，再发送一个确认报文段，进入TIME-WAIT（时间等待）状态；B收到A发送的确认报文段，就进入了CLOSED状态；A在经过了时间等待计时器设置的2MSL的时间后，就进入了CLOSED状态；MSL：Maximum Segment Lifetime，最长报文段寿命，1 MSL≈2min；为什么A需要等待2MSL才能关闭连接？一是为了防止B一直处于LAST-ACK状态，如果A发送完ACK报文段后就释放连接，那么如果B没有收到A发送的ACK段会超时重传FIN段，但是这时A无法收到了，B就僵死在了LAST-ACK，而等待2MSL后A没有收到B发送的重传FIN段，说明B已经CLOSED，这时A就可以CLOSED了；二是为了防止三次握手提到的“已经失效的连接请求报文段”出现，2MSL可以保证所有的段都消失在网络中。可以这样说，四次握手中：第一次握手是A告知B我要断开连接，这时A就直接断开了；第二次握手是B告知A收到了其连接释放报文段，但B没有打算断开连接，因此去报文段中不含有FIN；第三次握手是B的高层应用程序没有数据发送给A了，因此需要断开连接，其报文段含有FIN=1；第四次握手是A表明收到了B的连接断开报文段，至此，连接就可以释放了。

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