2. TCP

TCP （Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种 面向连接的、可靠的、基于字节流 的传输层通信协议。

2.1. 三次握手与四次挥手

2.1.1. 三次握手

../_images/02_tcpEstablish.png
  • 第一次握手

    起初两端都处于CLOSED关闭状态，Client 将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=x，并将该数据包发送给 Server ， Client 进入SYN-SENT状态，等待 Server 确认。

  • 第二次握手

    Server 收到数据包后由标志位SYN=1得知 Client 请求建立连接， Server 将标志位SYN和ACK都置为1，ack=x+1，随机产生一个值seq=y，并将该数据包发送给 Client 以确认连接请求， Server 进入SYN-RCVD状态，此时操作系统为该TCP连接分配TCP缓存和变量。

  • 第三次握手

    Client 收到确认后，检查ack是否为x+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=y+1，并且此时操作系统为该TCP连接分配TCP缓存和变量，并将该数据包发送给 Server 。 Server 检查ack是否为y+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 和 Server 就可以开始传输数据。

Note

为什么 Client 还要发送一次确认呢？可以二次握手吗？

主要为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了 Server ，因而产生错误。如 Client 发出连接请求，但因连接请求报文丢失而未收到确认，于是 Client 再重传一次连接请求。 后来收到了确认，建立了连接。数据传输完毕后，就释放了连接， Client 发出了两个连接请求报文段，其中第一个丢失，第二个到达了 Server ，但是第一个丢失的报文段只是在某些网络结点长时间滞留了，延误到连接释放以后的某个时间才到达 Server ，此时 Server 误认为 Client 又发出一次新的连接请求，于是就向 Client 发出确认报文段，同意建立连接。 不采用三次握手，只要 Server 发出确认，就建立新的连接了，此时 Client 不理睬 Server 的确认且不发送数据，则 Server 一直等待 Client 发送数据，浪费资源。

2.1.2. 四次挥手

../_images/02_tcpClose.png
  • 第一次挥手

    Client 的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段（FIN=1，序号seq=u），并停止再发送数据，主动关闭TCP连接，进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态，等待 Server 的确认。

  • 第二次挥手

    Server 收到连接释放报文段后即发出确认报文段，（ACK=1，确认号ack=u+1，序号seq=v）， Server 进入CLOSE-WAIT（关闭等待）状态，此时的TCP处于半关闭状态， Client 到 Server 的连接释放；

    Client 收到 Server 的确认后，进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待 Server 发出的连接释放报文段。

  • 第三次挥手

    Server 没有要向 Client 发出的数据了， Server 发出连接释放报文段（FIN=1，ACK=1，序号seq=w，确认号ack=u+1）， Server 进入LAST-ACK（最后确认）状态，等待 Client 的确认。

  • 第四次挥手

    Client 收到 Server 的连接释放报文段后，对此发出确认报文段（ACK=1，seq=u+1，ack=w+1）， Client 进入TIME-WAIT（时间等待）状态。

    Server 收到确认报文段后进入CLOSED状态。

    经过时间等待计时器设置的时间2MSL后， Client 才进入CLOSED状态。

Note

  • 为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次挥手？

    因为当 Server 收到 Client 的SYN连接请求报文后，可以直接同时发送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”。 即FIN和ACK不能一起发送，故需要四步握手。

  • 为什么 Client 需要经过2MSL（最大报文段生存时间）才能从TIME_WAIT状态进入CLOSE状态？

    最后一个ACK有可能丢失，所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。

2.2. TCP 和 UDP 的区别

TCP 是 面向连接的、可靠的、基于字节流 的数据流传输协议，效率低。面向连接是在发送数据之前，在收发主机之间连接一条逻辑通信链路，适用于要求可靠传输的应用，例如文件传输。

UDP （User Datagram Protocol，用户数据协议）是 非面向连接的、不可靠 的数据流传输协议。不需要建立连接，只需要知道对方的IP（Internet Protocol）地址和端口号（port），就可以直接发数据包，因此效率高，适用于实时应用，例如：IP电话、视频会议、直播等。

2.3. 参考资料

  1. TCP三次握手和四次挥手过程