11-06 01:35 阅读 79

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TCP的传输,握手与挥手

关于计算机网络的体系结构

• 应用层协议:域名系统:DNS,支持万维网应用:HTTP,支持电子邮件:SMTP...我们把应用层交互的数据单元称为报文

• 传输层:负责两台主机中进程之间的通信提供的数据传输服务

• TCP(传输控制协议):提供面向连接的,可靠的数据传输服务,其数据传输的单位是报文段

• UDP(用户数据报协议):提供无连接的,尽最大努力的数据传输服务(不保证数据传输的可靠性),其数据传输的单位是用户数据段

• 网络层:负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务

• 互联网的网络层协议是无连接的网际协议IP和多种路由选择协议.

传输层

1. 用户数据报协议(UDP):不需要先建立连接.不提供可靠交付,但在有些情况下是最有效的

2. 传输控制协议(TCP):提供面向连接的服务.

举例:使用UDP和TCP协议的某些应用

运输层的端口:对于两个计算机相互通信,不仅必须知道对方的IP地址(找到对方的计算机),而且要知道对方的端口号(找到对方计算机中的应用进程)

• 服务器端使用的端口号

• 熟知端口号或系统端口号,数值:0~1023

• 登记端口号:数值1024~49151.这类端口必须在IANA按照规定的手续登记,以防止重复

UDP

1. 源端口:源端口号.在需要对方回信时选用.不需要课全用0

2. 目的端口:目的端口.在终点交付报文时必须使用

3. 长度:UDP用户数据报的长度.其最小值是8(仅有首部)

4. 检验和:检测UDP用户数据报在传输中是否有错.有错就丢弃

• UDP传输协议的主要特点

1. UDP是无连接的,发送数据之前是不需要建立连接

2. UDP使用尽最大努力交付,不保证可靠交付

3. 面向报文.即应用层对UDP交付的报文,不管多长,照样发送,即一次发送一个报文

4. 没有拥塞控制.如(ip电话,实时视屏会议等)要求源主机以恒定的速率发送数据,并且允许在网路拥堵时丢失一些数据

5. UDP支持一对一,一对多,多对一,多对多的交互通信

6. UDP首部开销小,只有8个字节,比TCP的20个字节的首部要短

TCP

1. 面向连接。所谓的连接，指的是客户端和服务器的连接，在双方互相通信之前，TCP 需要三次握手建立连接，而 UDP 没有相应建立连接的过程。

2. 可靠性。TCP 花了非常多的功夫保证连接的可靠，这个可靠性体现在哪些方面呢？一个是有状态，另一个是可控制。

• TCP 会精准记录哪些数据发送了，哪些数据被对方接收了，哪些没有被接收到，而且保证数据包按序到达，不允许半点差错。这是有状态。

• 当意识到丢包了或者网络环境不佳，TCP 会根据具体情况调整自己的行为，控制自己的发送速度或者重发。这是可控制。相应的，UDP 就是无状态, 不可控的。

3. 面向字节流。UDP 的数据传输是基于数据报的，这是因为仅仅只是继承了 IP 层的特性，而 TCP 为了维护状态，将一个个 IP 包变成了字节流。

4. 每一条TCP连接只能有两个端点,每一条TCP连接之间能是点对点的.

• TCP两端都设有发送缓存和接收缓存,用来临时存放双向通信的数据

• 发送数据:应用程序将数据传送给TCP缓存后,就可以做自己的事,tcp会在合适时候发送数据

• 接收数据:TCP把收到的数据放入缓存,上层的应用进程在合适的时候读取缓存的数据

5. 提供双全工通信.允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据

报文头部字段介绍

• TCP的序号和确认号

1. 32位序号seq:Sequence number的缩写是seq,TCP通信过程中某一个传输方向上的字节流的每一个字节的序号,通过这个来通过这个来发送的数据是有序的(序列号是一个长为 4 个字节，也就是 32 位的无符号整数)

2. 32位确认号 ack:Ackonwledge number缩写ack,TCP对上一次seq序号做出的确认号,用来响应TCP的报文段,给收到的

• TCP的标志位

  每个TCP段都有一个目的,这是借助于TCP标志位选项来确定的,允许发送方或接收方指定哪些标志应该被使用,以便端被另一端正确处理

1. SYN:简写为S,同步标志位,用于建立会话连接,同步序列号

2. ACK:简写为.,确认标志位,对已接收的数据包进行确认

3. FIN:简写为F,完成标志位,表示我已经没有数据要发送,即将关闭连接

4. PSH:简写为P,推送标志位,表示该数据包被对方接收后应立即交给上层应用,而不在缓冲区排队

5. RST:简写为R,紧急标志位,重置标志位,用于连接复位,拒绝错误和非法的数据包

6. URG:简写为U,紧急标志位,表示数据包的紧急指针域有效,用来保证连接不被阻断,并督促中间设备尽快处理

参考:sanyuan0704.top/blogs/net/t…

TCP的三次握手

模拟三次握手:TCP 三次握手跟现实生活中的人与人打电话是很类似的

• 三次握手

• "你好，听到吗"

• "我听得到啊，你听得到吗?"

• "我能听到你，我在..."

第一次握手

1. 客户端将TCP报文标志位SYN位置为1,随机产生一个序号值seq=x,并保存在TCP首部的ACK序列号(seq)例,指明客户端打算连接的服务器的端口,并将该数据包发送给服务器端

2. 发送完毕,客户端进入SYN_SENT状态,等待服务器端确认

第二次握手

1. 服务器端收到数据包后由标志位SYN=1知道客户端请求建立连接，服务器端将TCP报文标志位SYN和ACK都置为1，ack=x+1，随机产生一个序号值seq=y，并将该数据包发送给客户端以确认连接请求，

2. 服务器端进入SYN_RCVD状态

第三次握手

1. 客户端收到确认后，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，并将该数据包发送给服务器端，服务器端检查ack是否为y+1，ACK是否为1，

2. 如果正确则连接建立成功，客户端和服务器端进入ESTABLISHED状态，

3. 完成三次握手，随后客户端与服务器端之间可以开始传输数据了。

4. 第三次握手时可以携带数据

• SYN 是需要消耗一个序列号的，下次发送对应的ack(序列号)要加1，为什么呢？只需要记住一个规则:

  凡是需要对端确认的，一定消耗TCP报文的序列号。

两次握手建立连接的问题:服务端无法确认客户端的接收能力

• 第一次握手:服务端确认客户端有发送数据的能力

• 第二次握手:客户端确认服务端有接收和发送数据的能力

• 第三次握手:服务端端确认客户端有接收数据的能力

参考:sanyuan0704.top/blogs/net/t…

TCP的四次挥手

四次挥手即终止TCP连接，就是指断开一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开

• TCP连接是全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭

• 这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN

• 首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭

第一次挥手

• 客户端发送挥手请求,向服务端发送的标志位是FIN报文段,设置序列号seq=p

• 客户端端进入FIN_WAIT_1状态，这表示客户端端没有数据要发送给服务端

• 服务端接收后向客户端确认，变成了CLOSED-WAIT状态

第二次挥手

• 客户端收到了服务端发送的FIN报文段，向服务端返回一个标志位是ACK的报文段，ack设为seq加1(ack=p+1)

• 客户端进入FIN_WAIT_2状态，客户端告诉服务端，我确认并同意你的关闭请求

第三次挥手

• 客户端向服务端发送标志位是FIN的报文段，请求关闭连接，

• 设服务端的seq=q,ack=p+1同时服务端进入LAST_ACK状态

第四次挥手

• 客户端收到服务端发送的FIN报文段，向服务端发送标志位是ACK的报文段，然后客户端进入TIME_WAIT状态。

• 服务端收到客户端的ACK报文段以后，就关闭连接。此时，客户端等待2MSL的时间后依然没有收到回复，则证明服务端已正常关闭，

• 那客户端也可以关闭连接了

等待2MSL的意义

• 如果客户端直接跑路，当服务端还有很多数据包要给客户端发，且还在路上的时候，若客户端的端口此时刚好被新的应用占用，那么就接收到了无用数据包，造成数据包混乱。所以，最保险的做法是等服务器发来的数据包都死翘翘再启动新的应用。

• 使用2个MSL

• 1个MSL确保四次挥手中主动关闭方最后的ACK报文最终能达到对端

• 1个MSL确保对端没有收到ACK重传的FIN报文可以到达

作者：听叔一声劝
链接：https://juejin.cn/post/7027101385770401805