TCP必须知道的那些事

TCP是什么?

TCP全称是Transmission Control Protocol(传输控制协议)。在OSI(Open System Interconnect)模型(由七层组成,分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层)中属于传输层,七层协议示意图如下:

OSI模型 2018-03-10 下午7.46.51.png

这样分层是易于理解、学习和更新协议标准(更新某一层的协议,不会干扰到其他层),网络分层,就像一个筛子,能快速定位故障发生的地方,更便于故障排除。

那传输层的主要作用是什么呢?传输层提供应用程序间的通信。其功能包括:一、格式化信息流;二、提供可靠传输。为实现后者,传输层协议规定接收端必须发回确认,并且假如分组丢失,必须重新发送。

TCP是面向连接的协议,其显著的特征是在传输之前需要3次握手形成会话。只有会话形成后,客户端与服务端之间才能互相发送数据。

建立TCP连接的三次握手?

因为TCP协议是双向通信的,不是一方向另一方单向通信,这就意味着双方都具备有发送与接收的能力。那怎么确定都有发送与接收能力呢?

第一步:A向B请求连接,发送信息x,等待确认(试探B的接收与发送能力)。(完成第一次握手)

第二步:B接收到A的消息后,确认消息(ACK置为1,A具有发送能力),然后向A发送消息y请求连接(y是建立在x上的,试探A的接收能力)(完成第二次握手)

第三步:A接收到B的消息,确认消息(ACK置为1,确认B具有接收与发送的能力,A进入establish状态),然后发送B消息z(z是建立在y上的),B确认消息(A具有接收能力,B进入establish状态)(完成第三次握手)

这样建立一个TCP连接,需要客户端和服务端总共发送3个包(x、y、z)以确认连接的建立。经过这三次握手就能确定A与B都具备发送与接收的能力。图解如下:

3-way.png

直白地表达这过程可以为:

Client:"Server,你能接收到我的消息吗"

Server:"Client,我能接收到你的消息,你能接收我的消息吗?"

Client:"Server,我也能接收到你的消息,我们开始聊聊今天会不会下雨"

Server:"Client,好的,今天会下雨哦,balabala..."

断开TCP连接的四次挥手?

由于TCP连接时全双工的,因此,每个方向都必须要单独进行关闭,那怎么确定两个单独都关闭了呢?

第一步:Client发送一个FIN,用来关闭Client到Server的数据传送,Client进入FIN_WAIT_1状态。(第一次挥手)

第二步:Server收到FIN后,发送一个ACK给Client,确认序号为收到序号+1(与SYN相同,一个FIN占用一个序号),Server进入CLOSE_WAIT状态。(第二次挥手)

第三步:Server发送一个FIN,用来关闭Server到Client的数据传送,Server进入LAST_ACK状态。(第三次挥手)

第四步:Client收到FIN后,Client进入TIME_WAIT状态,接着发送一个ACK给Server,确认序号为收到序号+1,Server进入CLOSED状态,完成四次挥手。(第四次挥手)

这样断开TCP连接需要四次挥手,如图:

20160413205812456.jpeg

直白的类比:

男女票都要确认对方微信下线
  • 四次挥手

男票:"亲爱的,这么晚了,不跟你聊了,我微信下线了啊"(男票处于等待状态,等待女票回复)(第一次挥手)

女票:“亲爱的,好吧”(批准男票下线,女票也在准备下线了)(第二次挥手)
(男票看到这个继续等待,等待女票下线的信号)

女票:“那我也微信下线了”(女票告诉男票也要下线,这时女票处于等待状态,等待最后的确认,要让男票也知道自己要下线了)(第三次挥手)

男票:“好的,下吧”(告诉女票知道了。确认女票要下线了,安心了,男票下线!)(第四次挥手)
(女票看到确认信息后,知道男票晓得自己要下线了,然后可以安心下线了!)

  • 两次挥手会怎么样?

男票:"亲爱的,这么晚了,不跟你聊了,我微信下线了啊"(男票处于等待状态,等待女票回复)(第一次挥手)

女票:“亲爱的,好吧”(批准男票下线,女票也在准备下线了)(第二次挥手)
此时男票看到后不管女票下不下线,不回复,直接下线了(导致的结果是女票不要他了,不管我下不下线肯定不要)

  • 三次挥手会怎么呀?

男票:"亲爱的,这么晚了,不跟你聊了,我微信下线了啊"(男票处于等待状态,等待女票回复)(第一次挥手)

女票:“亲爱的,好吧”(批准男票下线,女票也在准备下线了)(第二次挥手)
女票:“那我也微信下线了”(女票告诉男票也要下线,这时女票处于等待状态,等待最后的确认,要让男票也知道自己要下线了)(第三次挥手)

此时男票知道女票也会下线,安心了,然后下线了(导致的结果是女票还是不要他了,因为女票不知道男票到底看到了没,就下线了,要知道女票还在等回复呢)

  • 五次挥手?

男票:"亲爱的,这么晚了,不跟你聊了,我微信下线了啊"(男票处于等待状态,等待女票回复)(第一次挥手)

女票:“亲爱的,好吧”(批准男票下线,女票也在准备下线了)(第二次挥手)
(男票看到这个继续等待,等待女票下线的信号)

女票:“那我也微信下线了”(女票告诉男票也要下线,这时女票处于等待状态,等待最后的确认,要让男票也知道自己要下线了)(第三次挥手)

男票:“好的,下吧”(告诉女票知道了。确认女票要下线了,安心了,男票下线!)(第四次挥手)

女票:“我看到了,那我们下线吧”(第五次挥手)
男票看到后,心想(看到了你下线啊,又要回复你,占用时间啊)要么直接下线(这是五次挥手,浪费了时间,又不回复影响不好),要么再发确认消息(这尼玛要挥手多少次啊,还能不能下线了)

所以四次挥手是最合理的,哈哈(有不合理的可以在评论里喷喷,哈哈)

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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