TCP之连接的建立与终止

一、TCP浅谈

TCP：传输控制协议，一种面向连接的、可靠的、端到端的字节流服务。TCP包首部如下图，

TCP包首部

基于WireShark分析TCP首部字段的含义，如下图，

WireShark分析TCP首部

下面列出TCP头部中常用的字段含义：

a）以太网帧头+IP头+TCP头部

b）源端口和目的端口：分别为16位字节，最大为65535，详情参照计算机端口详解

c）序列号和确认号：序列号，标识发端到收端的字节流；确认号，确认的一端期望收到的下一个序号，详情参照TCP序列号与确认号详解 下文截图中，注意观察序列号与确认号的变化

d）标志比特：URG、ACK、PSH、RST、SYN和FIN，用于发端和收端的通信交流

e）窗口大小：发端有控制窗口，用于发端流量控制；收端有通用窗口，用于收端流量控制

二、三次握手与四次挥手

TCP建立时，三次握手；TCP终止时，四次挥手。其中，涉及到发端与收端的共计12种状态，如下图所示，

三次握手与四次挥手

为更好的解释连接与终止的过程，结合WireShark分析此过程，

Client主动连接

a）CLIENT主动连接，发送SYN J同步信号，从CLOSED状态进入SYN_SENT状态

SERVER接收SYN，并发送SYN K和ack J+1

b）SERVER接收SYN，进入SYN_RCVD状态，并且发送SYN K和ack J+1

CLIENT发送ack K+1

c）CLIENT收到SYN K和ack J+1，进入ESTABLISHED状态，并且发送ack K+1

d）SERVER收到ack K+1，进入ESTABLISHED状态

至此，经过三次握手，TCP正式建立连接

CLIENT发送FIN M，主动关闭连接

e）CLIENT发送FIN终止信号，主动关闭连接，进入FIN_WAIT_1状态；CLIENT不再发送数据，但SERVER仍然可以发送数据

SERVER发送ack M+1

f）SERVER收到FIN M，进入CLOSE_WAIT状态，并且发送ack M+1

SERVER发送FIN N

g）CLIENT收到ack M+1,进入到FIN_WAIT_2状态

CLIENT发送ack N+1

h）CLIENT收到FIN N，并且发送ack N+1，进入TIME_WAIT状态，在2MSL时间后，进入到CLOSED状态（2MSL在下文解释）

三、补充问题说明

a）主动终止也可以发生在SERVER端

b）发端进行主动SYN请求时，发生连接建立的超时情况，超时间隔由二进制指数退避算法确定

c）在连接建立阶段，收发双方会传送MSS（最大报文段长度），分别通告对方期望接受的选项

d）为什么终止需要四次挥手？因为TCP是一种全双工的模式，即通信双方同时双向传输数据，任意一段断开连接仅会进入半关闭状态，仍然单方向存在数据传输

e）MSL为报文段最大生存时间，假设网络不可靠，最后的ack确认指令丢失。该字段用于重发可能丢失的报文

f）在2MSL阶段，本地IP、端口号和远端IP、端口号构成四元组，理论上其他应用程序不能暂用，但是具体软件实现存在特殊情况

g）三次握手与四次挥手为最常见的情况，但同时存在双方同时打开与同时关闭的情况，但是发生的概率很小，仅需要四个报文段完成连接和终止