Tcp/ip三次握手

 TCP/IP三次握手过程 2010-01-23 21:27:06

分类： 系统运维

TCP 连接的建立和终止过程 
  TCP连接是面向连接的，所谓的面向连接就是，当计算机双向通信时必需先建立连接，然后才能进行数据的传输，最后还要拆除连接。而同在一个网络层的UDP传输，是面向非连接的传输，也不是可靠的。
 TCP建立连接需要三次握手的过程，而拆除连接需要四次握手的过程。
 TCP连接的建立：
  1.服务器必须准备好接受外来的连接，这通过调用socket,bind,和listen函数来完成，称为被动打开。
  2.客户通过调用connect进行主动打开，这引起客户TCP发送一个SYN（Synchronize）分节（表示同步 SYN=J），它告诉服务器客户将在连接中发送的数据的初始序列号，一般情况下SYN分节不携带数据，它只包含有一
个IP头部，一个TCP头部，可能还有TCP选项。这时客户端进入SYN_SEND状态，并等待服务器确认。
3. 服务器必须确认客户的SYN，同时自己也要发送一个SYN分节，它含有服务器将在同一个连接中发送的数据的初始序列号，服务器向客户发送一个SYN（SYn=K）和对客户的ACK（J+1）。也就是SYN+ACK包。这里服务器
进入SYN_RECV状态。
4 客户必须确认服务器的SYN。这里会向服务器发送确认包ACK（ack = K+1），此包发送完毕，客户端和服务器专进入ESTABLISHED状态。至此，三次握手完成，TCP连接建立。
  完成三次握手，客户端和服务器开始传输数据。在握手过程中，ACK里的确认号为发送这个 ACK的一方所期待的对方的下一个序列号。因为SYN只占一个字节的序列号空间，所以每一个SYN的ACK中的确认号都是相应的初始序列号加1，每一个FIN的ACK的确认号为FIN的序列号加1、
  在这过程中，还有一些重要的概念需要能明白。
SYN：同步标志
同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)栏有效。该标志仅在三次握手建立TCP连接时有效。它提示TCP连接的服务端检查序列编号，该序列编号为TCP连接初始端(一般是客户端)的初始序列编号。在这里，可以把TCP序列编号看作是一个范围从0到4，294，967，295的32位计数器。通过TCP连接交换的数据中每一个字节都经过序列编号。在TCP报头中的序列编号栏包括了TCP分段中第一个字节的序列编号。所以如果你拒绝进来的syn包，它将终止其他计算机打开你计算机上的服务，但是并不会你终止你使用别的计算机的服务。

FIN：结束标志
带有该标志置位的数据包用来结束一个TCP回话，但对应端口仍处于开放状态，准备接收后续数据。
RST：复位标志
复位标志有效。用于复位相应的TCP连接。
URG：紧急标志
紧急(The urgent pointer) 标志有效。紧急标志置位，
PSH：推标志
该标志置位时，接收端不将该数据进行队列处理，而是尽可能快将数据转由应用处理。在处理 telnet 或 rlogin 等交互模式的连接时，该标志总是置位的
  
　未连接队列：
   在三次握手协议中，服务器维护一个未连接队列，该队列为每个客户端的SYN包（syn=j）开设一个条目，该条目表明服务器已收到SYN 包，并向客户发出确认，正在等待客户的确认包。这些条目所标识的连接在服务器处于Syn_RECV状态，当服务器收到客户的确认包时，删除该条目，服务器 进入ESTABLISHED状态。Backlog参数：表示未连接队列的最大容纳数目。
SYN-ACK重传次数　：
服务器发送完SYN－ACK包，如果未收到客户确认包，服务器进行首次重传，等待一段时间仍未收到客户确认包，进行第二次重传，如果重传次数超 过系统规定的最大重传次数，系统将该连接信息从半连接队列中删除。

注意，每次重传等待的时间不一定相同。
半连接存活时间：是指半连接队列的条目存活的最长时间，也即服务从收到SYN包到确认这个报文无效的最长时间，该时间值是所有重传请求包的最长等待时间总和。有时我们也称半连接存活时间为Timeout时间、SYN_RECV存活时间。

TCP选项：
   每一个SYN可以含有若干个TCP选项，通常使用的选项有：
MSS选项：TCP发送的SYN中，带有这个选项是通知对方它的最大分节大小MSS（maximum segment size）,即它能接受的每个TCP分节中的最大数据量，可以使用TCP_MAXSEG套接口选项获取与设置这个TCP选项（Linux系统下）。
 窗口规模选项：TCP双方能够通知对方的最大窗口大小是65535，因为TCP头部相应的字段只占16位，这个选项指定TCP头部的广告窗口必须扩大（左移）的位数（0--14），因此所提供的最大窗口几乎是1G字节（65535*2的14次方）
时间戳选项：这个这项对高速连接是必要的，它可以防止失而复得的分组可能造成的数据损坏，也就是说是暂时的路由原因造成的迷途的分组，当路由稳定后，它们又会正常到达目的地，其前提是它们在此前尚未被路由主动丢弃。

TCP连接终止：
 TCP用三次握手建立一个连接，而终止一个连接则需要四次握手。
1. 某个应用进程首先调用close，我们称这一端执行主动关闭（active close)，这一端的TCP于是发送一个FIN分节，表示数据发送完毕。
2. 接收到FIN的另一端执行被动关闭，这个FIN由TCP确认，它的接收也作为文件结束符，传递给接收方应用进程（放在已排队等候该应用进程接收的任何其他数据之后），因为FIN的接收意味着应用进程在相应连接上再也接收不到额外数据。
3. 一段时间后，接收到文件结束符的应用进程将调用close关闭它的套接口，这导致它的TCP也发送一个FIN、
4. 接收到这个FIN的源发送方TCP，对它进行确认。发送ACK、
 FIN占据1个字节的序列号空间，这与SYN相同，所以每个FIN的ACK确认号是这个 FIN的序列号加1.
在步骤2与步骤3之间可以有从执行被动关闭端到执行主动关闭端的数据流，这称为半关闭。不管是客户还是服务器都可以执行主动关闭。通常情况下是客户执行主动关闭。

注意：
四次握手不是关闭TCP连接的唯一方法. 有时,如果主机需要尽快关闭连接(或连接超时,端口或主机不可达),RST (Reset)包将被发送. 注意在，由于RST包不是TCP连接中的必须部分, 可以只发送RST包(即不带ACK标记). 但在正常的TCP连接中RST包可以带ACK确认标记请注意RST包是可以不要收到方确认的
下面是一个简单的TCP连接的例子：其中涉及到了主要的数据包的变化。

握手阶段：
序号 方向    seq           ack
1　　A->B 10000          0
2      B->A   20000   10000+1=10001
3     A->B   10001     20000+1=20001
解释：
1：A向B发起连接请求，以一个随机数初始化A的seq,这里假设为10000，此时ACK＝0
2：B收到A的连接请求后，也以一个随机数初始化B的seq，这里假设为20000，意思是：你的请求我已收到，我这方的数据流就从这个数开始。B的ACK是A的seq加1，即10000＋1＝10001
3：A收到B的回复后，它的seq是它的上个请求的seq加1，即10000＋1＝10001，意思也是：你的回复我收到了，我这方的数据流就从这个数开始。A此时的ACK是B的seq加1，即20000+1=20001
数据传输阶段：
序号　　方向　　　　seq      ack    size
23          A->B           40000 70000 1514
24          B->A           70000 40000+1514-54=41460 54
25          A->B           41460 70000+54-54=70000 1514
26          B->A           70000 41460+1514-54=42920 54

解释：
23:B接收到A发来的seq=40000,ack=70000,size=1514的数据包
24:于是B向A也发一个数据包，告诉B，你的上个包我收到了。B的seq就以它收到的数据包的ACK填充，ACK是它收到的数据包的SEQ加上数据包的大小(不包括以太网协议头，IP头，TCP头)，以证实B发过来的数据全收到了
25:A在收到B发过来的ack为41460的数据包时，一看到41460，正好是它的上个数据包的seq加上包的大小，就明白，上次发送的数据包已安全到达。于是它再发一个数据包给B。这个正在发送的数据包的seq也以它收到的数据包的ACK填充，ACK就以它收到的数据包的seq(70000)加上包的size(54)填充,即ack=70000+54-54(全是头长，没数据项)。