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所谓三次握手(Three-Way Handshake)即建立TCP连接,就是指建立一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。在socket编程中,这一过程由客户端执行connect来触发,
整个流程如下图所示:
(1)第一次握手:Client将标志位SYN置为1,随机产生一个值seq=J,并将该数据包发送给Server,Client进入SYN_SENT状态,等待Server确认。
(2)第二次握手:Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接,Server将标志位SYN和ACK都置为1,ack=J+1,随机产生一个值seq=K,并将该数据包发送给Client以确认连接请求,Server进入SYN_RCVD状态。
(3)第三次握手:Client收到确认后,检查ack是否为J+1,ACK是否为1,如果正确则将标志位ACK置为1,ack=K+1,并将该数据包发送给Server,Server检查ack是否为K+1,ACK是否为1,如果正确则连接建立成功,Client和Server进入ESTABLISHED状态,完成三次握手,随后Client与Server之间可以开始传输数据了。
1.为什么需要三次握手,两次不可以吗?或者四次、五次可以吗?
我们来分析一种特殊情况,假设客户端请求建立连接,发给服务器SYN包等待服务器确认,服务器收到确认后,如果是两次握手,假设服务器给客户端在第二次握手时发送数据,数据从服务器发出,服务器认为连接已经建立,但在发送数据的过程中数据丢失,客户端认为连接没有建立,会进行重传。假设每次发送的数据一直在丢失,客户端一直SYN,服务器就会产生多个无效连接,占用资源,这个时候服务器可能会挂掉。这个现象就是我们听过的“SYN的洪水攻击”。
总结:第三次握手是为了防止:如果客户端迟迟没有收到服务器返回确认报文,这时会放弃连接,重新启动一条连接请求,但问题是:服务器不知道客户端没有收到,所以他会收到两个连接,浪费连接开销。如果每次都是这样,就会浪费多个连接开销。
TCP的4次挥手,主要是说Tcp断开链接的时候
第一次挥手:主机1(可以是客户端,也可以是服务器端),设置Sequence Number
和Acknowledgment Number
,向主机2发送一个FIN
报文段;此时,主机1进入FIN_WAIT_1
状态;这表示主机1没有数据要发送给主机2了;
第二次挥手:主机2收到了主机1发送的FIN
报文段,向主机1回一个ACK
报文段,Acknowledgment Number
为Sequence Number
加1;主机1进入FIN_WAIT_2
状态;主机2告诉主机1,我也没有数据要发送了,可以进行关闭连接了;
第三次挥手:主机2向主机1发送FIN
报文段,请求关闭连接,同时主机2进入CLOSE_WAIT
状态;
第四次挥手:主机1收到主机2发送的FIN
报文段,向主机2发送ACK
报文段,然后主机1进入TIME_WAIT
状态;主机2收到主机1的ACK
报文段以后,就关闭连接;此时,主机1等待2MSL后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,主机1也可以关闭连接了。
三次握手、四次挥手完整图:
问题
1.为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态?
首先,MSL即Maximum Segment Lifetime,就是最大报文生存时间,是任何报文在网络上的存在的最长时间,超过这个时间报文将被丢弃。《TCP/IP详解》中是这样描述的:MSL是任何报文段被丢弃前在网络内的最长时间。RFC 793中规定MSL为2分钟,实际应用中常用的是30秒、1分钟、2分钟等。
TCP的TIME_WAIT需要等待2MSL,当TCP的一端发起主动关闭,三次挥手完成后发送第四次挥手的ACK包后就进入这个状态,等待2MSL时间主要目的是:防止最后一个ACK包对方没有收到,那么对方在超时后将重发第三次握手的FIN包,主动关闭端接到重发的FIN包后可以再发一个ACK应答包。在TIME_WAIT状态时两端的端口不能使用,要等到2MSL时间结束才可以继续使用。当连接处于2MSL等待阶段时任何迟到的报文段都将被丢弃。
2.client发送完最后一个ack之后,进入time_wait状态,但是他怎么知道server有没有收到这个ack呢?莫非sever也要等待一段时间,如果收到了这个ack就close,如果没有收到就再发一个fin给client?这么说server最后也有一个time_wait哦?求解答!
因为网络原因,主动关闭的一方发送的这个ACK包很可能延迟,从而触发被动连接一方重传FIN包。极端情况下,这一去一回,就是两倍的MSL时长。如果主动关闭的一方跳过TIME_WAIT直接进入CLOSED,或者在TIME_WAIT停留的时长不足两倍的MSL,那么当被动关闭的一方早先发出的延迟包到达后,就可能出现类似下面的问题:1.旧的TCP连接已经不存在了,系统此时只能返回RST包(异常终止包)2.新的TCP连接被建立起来了,延迟包可能干扰新的连接,这就是为什么time_wait需要等待2MSL时长的原因。
3.为什么连接的时候是三次握手,关闭的时候却是四次握手?
因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后,可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的,SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时,当Server端收到FIN报文时,很可能并不会立即关闭SOCKET,所以只能先回复一个ACK报文,告诉Client端,"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了,我才能发送FIN报文,因此不能一起发送。故需要四步握手。
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