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  • TCP三次握手及四次挥手

    1. TCP为什么是三次握手,而不是两次或四次?

      TCP作为一种可靠传输控制协议,其核心思想:既要保证数据可靠传输,又要提高传输的效率,而用三次恰恰可以满足以上两方面的需求!

      TCP可靠传输的精髓:TCP连接的一方A,由操作系统动态随机选取一个32位长的序列号(Initial Sequence Number),假设A的初始序列号为1000,以该序列号为原点,对自己将要发送的每个字节的数据进行编号,1001,1002,1003…,并把自己的初始序列号ISN告诉B,让B有一个思想准备,什么样编号的数据是合法的,什么编号是非法的,比如编号900就是非法的,同时B还可以对A每一个编号的字节数据进行确认。如果A收到B确认编号为2001,则意味着字节编号为1001-2000,共1000个字节已经安全到达。

      同理B也是类似的操作,假设B的初始序列号ISN为2000,以该序列号为原点,对自己将要发送的每个字节的数据进行编号,2001,2002,2003…,并把自己的初始序列号ISN告诉A,以便A可以确认B发送的每一个字节。如果B收到A确认编号为4001,则意味着字节编号为2001-4000,共2000个字节已经安全到达。

      一句话概括,TCP连接握手,握的是啥?

      通信双方数据原点的序列号!

       

      以此核心思想我们来分析二、三、四次握手的过程。

      A <-------> B

      四次握手的过程:

      1.1 A 发送同步信号SYN + A'sInitial sequence number

      1.2 B 确认收到A的同步信号,并记录A's ISN 到本地,命名 B's ACK sequence number

      1.3 B发送同步信号SYN + B's Initial sequence number 

      1.4 A确认收到B的同步信号,并记录B's ISN 到本地,命名 A's ACK sequence number

      很显然1.2和1.3 这两个步骤可以合并,只需要三次握手,可以提高连接的速度与效率。

      二次握手的过程:

      2.1 A 发送同步信号SYN + A'sInitial sequence number

      2.2 B发送同步信号SYN + B'sInitial sequence number + B's ACK sequence number

      这里有一个问题,A与B就A的初始序列号达成了一致,这里是1000。但是B无法知道A是否已经接收到自己的同步信号,如果这个同步信号丢失了,A和B就B的初始序列号将无法达成一致。

      于是TCP的设计者将SYN这个同步标志位SYN设计成占用一个字节的编号(FIN标志位也是),既然是一个字节的数据,按照TCP对有数据的TCP segment 必须确认的原则,所以在这里A必须给B一个确认,以确认A已经接收到B的同步信号。

      有童鞋会说,如果A发给B的确认丢了,该如何?
      A会超时重传这个ACK吗?不会!TCP不会为没有数据的ACK超时重传

      那该如何是好?B如果没有收到A的ACK,会超时重传自己的SYN同步信号,一直到收到A的ACK为止。

       

      补充阅读

      一个包,即A发给B的SYN 中途被丢,没有到达B

      A会周期性超时重传,直到收到B的确认

      第二个包,即B发给A的SYN +ACK 中途被丢,没有到达A

      B会周期性超时重传,直到收到A的确认

      第三个包,即A发给B的ACK 中途被丢,没有到达B

      A发完ACK,单方面认为TCP为 Established状态,而B显然认为TCP为Active状态:

      a. 假定此时双方都没有数据发送,B会周期性超时重传,直到收到A的确认,收到之后B的TCP 连接也为 Established状态,双向可以发包。

      b. 假定此时A有数据发送,B收到A的 Data + ACK,自然会切换为established 状态,并接受A的Data。

      c. 假定B有数据发送,数据发送不了,会一直周期性超时重传SYN + ACK,直到收到A的确认才可以发送数据。

       
    2. TCP为什么是四次挥手?

      因为TCP是全双工通信的

      (1)第一次挥手

      因此当主动方发送断开连接的请求(即FIN报文)给被动方时,仅仅代表主动方不会再发送数据报文了,但主动方仍可以接收数据报文。

      (2)第二次挥手

      被动方此时有可能还有相应的数据报文需要发送,因此需要先发送ACK报文,告知主动方“我知道你想断开连接的请求了”。这样主动方便不会因为没有收到应答而继续发送断开连接的请求(即FIN报文)。

      (3)第三次挥手

      被动方在处理完数据报文后,便发送给主动方FIN报文;这样可以保证数据通信正常可靠地完成。发送完FIN报文后,被动方进入LAST_ACK阶段(超时等待)。

      (4)第四挥手

      如果主动方及时发送ACK报文进行连接中断的确认,这时被动方就直接释放连接,进入可用状态。



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