TCP的三次握手与四次挥手

首先,源端口号和目标端口号是不可少的,这一点和 UDP 是一样的。如果没有这两个端口号。数据就不知道应该发给哪个应用。

接下来是包的序号。为什么要给包编号呢?当然是为了解决乱序的问题。不编好号怎么确认哪个应该先来,哪个应该后到呢。编号是为了解决乱序问题。

还应该有的就是确认序号。发出去的包应该有确认,要不然我怎么知道对方有没有收到呢?如果没有收到就应该重新发送,直到送达。这个可以解决不丢包的问题。

对于 TCP 来讲,IP 层你丢不丢包,我管不着,但是我在我的层面上,会努力保证可靠性。

通过对 TCP 头的解析,我们知道要掌握 TCP 协议,重点应该关注以下几个问题:顺序问题 ,稳重不乱;丢包问题,承诺靠谱;连接维护,有始有终;流量控制,把握分寸;拥塞控制,知进知退。

三次握手,只需要双方发出的消息都有响应, a发送消息给b, b回复消息给a(a收到发送消息的响应,以及b发送消息给a,这个过程之后a认为可以连通b,但b不知道是否可以连通a), a回复消息给b(b收到消息响应,b认为可以连通b, 此时a和b正式建立连接)

每个连接都要有不同的序号。这个序号的起始序号是随着时间变化的,可以看成一个 32 位的计数器,每 4 微秒加一,如果计算一下,如果到重复,需要 4 个多小时,那个绕路的包早就死翘翘了,因为我们都知道 IP 包头里面有个 TTL,也即生存时间。

一开始,客户端和服务端都处于 CLOSED 状态。先是服务端主动监听某个端口,处于 LISTEN 状态。然后客户端主动发起连接 SYN,之后处于 SYN-SENT 状态。服务端收到发起的连接,返回 SYN,并且 ACK 客户端的 SYN,之后处于 SYN-RCVD 状态。客户端收到服务端发送的 SYN 和 ACK 之后,发送 ACK 的 ACK,之后处于 ESTABLISHED 状态,因为它一发一收成功了。服务端收到 ACK 的 ACK 之后,处于 ESTABLISHED 状态,因为它也一发一收了。

断开连接的时候的状态时序图。

等待的时间设为 2MSL,MSL 是 Maximum Segment Lifetime,报文最大生存时间,它是任何报文在网络上存在的最长时间,超过这个时间报文将被丢弃。因为 TCP 报文基于是 IP 协议的,而 IP 头中有一个 TTL 域,是 IP 数据报可以经过的最大路由数,每经过一个处理他的路由器此值就减 1,当此值为 0 则数据报将被丢弃,同时发送 ICMP 报文通知源主机。协议规定 MSL 为 2 分钟,实际应用中常用的是 30 秒,1 分钟和 2 分钟等。

还有一个异常情况就是,B 超过了 2MSL 的时间,依然没有收到它发的 FIN 的 ACK,怎么办呢?按照 TCP 的原理,B 当然还会重发 FIN,这个时候 A 再收到这个包之后,A 就表示,我已经在这里等了这么长时间了,已经仁至义尽了,之后的我就都不认了,于是就直接发送 RST,B 就知道 A 早就跑了。

将连接建立和连接断开的两个时序状态图综合起来,就是这个著名的 TCP 的状态机。

在这个图中,加黑加粗的部分,是上面说到的主要流程,其中阿拉伯数字的序号,是连接过程中的顺序,而大写中文数字的序号,是连接断开过程中的顺序。加粗的实线是客户端 A 的状态变迁,加粗的虚线是服务端 B 的状态变迁。

此文章为9月Day11学习笔记,内容来源于极客时间《趣谈网络协议》,推荐该课程。

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