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TCP/IP协议三次握手、四次挥手详解

2024-11-24 来源:个人技术集锦

1、TCP报文格式

在了解什么是三次握手四次挥手之前,我们首先要搞懂一个知识点什么是TCP报文格式,也就是三次握手四次挥手中传送的内容是什么,遇到什么格式才能触发服务端和客户端的交流。下面我们通过一幅图来讲解TCP的报文格式:

  1. 确认序号:(4字节 = 32位)一般用小写 ack 表示,指明下一个期待收到的字节序号,表明该序号之前的所有数据已经正确无误的收到。

  2. 首部长度:4bits,用来表示报文首部的长度

由于首部可能含有可选项内容,因此TCP报头的长度是不确定的,报头不包含任何任选字段则长度为20字节,4位首部长度字段所能表示的最大值为1111,转化为10进制为15,15*32/8 = 60,故报头最大长度为60字节。首部长度也叫数据偏移,是因为首部长度实际上指示了数据区在报文段中的起始偏移值。

  1. 保留:6bits,为将来定义新的用途保留,一般置0
  2. 标志位:URG ACK PSH RST SYN FIN,共6个,每个标志位为 1 bit,每一个标志位表示一个控制功能。
  • URG:紧急指针标志,为 1 时表示紧急指针有效,为 0 则忽略紧急指针。
  • ACK:确认序号标志,为 1 时表示确认号有效,为 0 表示报文中不含确认信息,忽略确认号字段。
  • PSHpush 标志,为 1 表示是带有push标志的数据,指示接收方在接收到该报文段以后,应尽快将这个报文段交给应用程序,而不是在缓冲区排队。
  • RST:重置连接标志,用于重置由于主机崩溃或其他原因而出现错误的连接。或者用于拒绝非法的报文段和拒绝连接请求。
  • SYN:同步序号,用于建立连接过程,在连接请求中,SYN = 1ACK = 0 表示该数据段没有使用捎带的确认域,SYN = 1ACK = 1 为连接应答捎带一个确认 。
  • FINfinish 标志,用于释放连接,为 1 时表示发送方已经没有数据发送了,即关闭本方数据流。
  1. 窗口:滑动窗口大小

用来告知发送端接受端的缓存大小,以此控制发送端发送数据的速率,从而达到流量控制。窗口大小时一个16bit字段,因而窗口大小最大为65535。

  1. 校验和:奇偶校验

此校验和是对整个的 TCP 报文段,包括 TCP 头部和 TCP 数据,以 16 位字进行计算所得。由发送端计算和存储,并由接收端进行验证。

  1. 紧急指针:只有当 URG 标志置 1 时紧急指针才有效。

紧急指针是一个正的偏移量,和顺序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。 TCP 的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。

  1. 选项:最常见的可选字段是最长报文大小,又称为MSS(Maximum Segment Size)

每个连接方通常都在通信的第一个报文段(为建立连接而设置SYN标志为1的那个段)中指明这个选项,它表示本端所能接受的最大报文段的长度。选项长度不一定是32位的整数倍,所以要加填充位,即在这个字段中加入额外的零,以保证TCP头是32的整数倍。

  1. 数据部分: TCP 报文段中的数据部分是可选的。

在一个连接建立和一个连接终止时,双方交换的报文段仅有 TCP
首部。如果一方没有数据要发送,也使用没有任何数据的首部来确认收到的数据。在处理超时的许多情况中,也会发送不带任何数据的报文段。

2、三次握手

TCP服务器进程先创建传输控制块TCB,时刻准备接受客户进程的连接请求,此时服务器就进入了 LISTEN 监听状态

第一次握手: TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB,然后向服务器发出连接请求报文,这是报文首部中的同部位SYN=1,同时选择一个初始序列号 seq=x ,此时,TCP客户端进程进入了 SYN-SENT 同步已发送状态

第二次握手: TCP服务器收到请求报文后,如果同意连接,则会向客户端发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1,SYN=1,确认号是ack=x+1,同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y,此时,TCP服务器进程进入了 SYN-RCVD 同步收到状态

第三次握手: TCP客户端收到确认后,还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1ack=y+1,自己的序列号seq=x+1,此时,TCP连接建立,客户端进入ESTABLISHED已建立连接状态 触发三次握手。

3、四次挥手

第一次挥手: 客户端发出连接释放报文,并且停止发送数据。释放数据报文首部,FIN=1,其序列号为seq=u(等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1),此时,客户端进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态

第二次挥手: 服务器端接收到连接释放报文后,发出确认报文,ACK=1,ack=u+1,并且带上自己的序列号seq=v,此时,服务端就进入了CLOSE-WAIT 关闭等待状态

第三次挥手: 客户端接收到服务器端的确认请求后,客户端就会进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态,等待服务器发送连接释放报文,服务器将最后的数据发送完毕后,就向客户端发送连接释放报文,服务器就进入了LAST-ACK(最后确认)状态,等待客户端的确认。

第四次挥手: 客户端收到服务器的连接释放报文后,必须发出确认,ACK=1,ack=w+1,而自己的序列号是seq=u+1,此时,客户端就进入了TIME-WAIT(时间等待)状态,但此时TCP连接还未终止,必须要经过2MSL后(最长报文寿命),当客户端撤销相应的TCB后,客户端才会进入CLOSED关闭状态,服务器端接收到确认报文后,会立即进入CLOSED关闭状态,到这里TCP连接就断开了,四次挥手完成。

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