详解TCP连接的“三次握手”与“四次挥手”(下)

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详解TCP连接的“三次握手”与“四次挥手”(上)

四、TCP的四次挥手(Four-Way Wavehand)

0.前言


对于"三次握手"我们耳熟能详,因为其相对的简单。但是,我们却不常听见“四次挥手”,就算听过也未必能详细地说明白它的具体过程。下面就为大家详尽,直观,完整地介绍“四次挥手”的过程。

1.“四次挥手”的详解


所谓的四次挥手即TCP连接的释放(解除)。连接的释放必须是一方主动释放,另一方被动释放。以下为客户端主动发起释放连接的图解:

挥手之前主动释放连接的客户端结束ESTABLISHED阶段。随后开始“四次挥手”:

(1)首先客户端想要释放连接,向服务器端发送一段TCP报文,其中:

标记位为FIN,表示“请求释放连接“;

序号为Seq=U;

随后客户端进入FIN-WAIT-1阶段,即半关闭阶段。并且停止在客户端到服务器端方向上发送数据,但是客户端仍然能接收从服务器端传输过来的数据。

注意:这里不发送的是正常连接时传输的数据(非确认报文),而不是一切数据,所以客户端仍然能发送ACK确认报文。

(2)服务器端接收到从客户端发出的TCP报文之后,确认了客户端想要释放连接,随后服务器端结束ESTABLISHED阶段,进入CLOSE-WAIT阶段(半关闭状态)并返回一段TCP报文,其中:

标记位为ACK,表示“接收到客户端发送的释放连接的请求”;

序号为Seq=V;

确认号为Ack=U+1,表示是在收到客户端报文的基础上,将其序号Seq值加1作为本段报文确认号Ack的值;

随后服务器端开始准备释放服务器端到客户端方向上的连接。

客户端收到从服务器端发出的TCP报文之后,确认了服务器收到了客户端发出的释放连接请求,随后客户端结束FIN-WAIT-1阶段,进入FIN-WAIT-2阶段


前"两次挥手"既让服务器端知道了客户端想要释放连接,也让客户端知道了服务器端了解了自己想要释放连接的请求。于是,可以确认关闭客户端到服务器端方向上的连接了


(3)服务器端自从发出ACK确认报文之后,经过CLOSED-WAIT阶段,做好了释放服务器端到客户端方向上的连接准备,再次向客户端发出一段TCP报文,其中:

标记位为FIN,ACK,表示“已经准备好释放连接了”。注意:这里的ACK并不是确认收到服务器端报文的确认报文。

序号为Seq=W;

确认号为Ack=U+1;表示是在收到客户端报文的基础上,将其序号Seq值加1作为本段报文确认号Ack的值。

随后服务器端结束CLOSE-WAIT阶段,进入LAST-ACK阶段。并且停止在服务器端到客户端的方向上发送数据,但是服务器端仍然能够接收从客户端传输过来的数据。

(4)客户端收到从服务器端发出的TCP报文,确认了服务器端已做好释放连接的准备,结束FIN-WAIT-2阶段,进入TIME-WAIT阶段,并向服务器端发送一段报文,其中:

标记位为ACK,表示“接收到服务器准备好释放连接的信号”。

序号为Seq=U+1;表示是在收到了服务器端报文的基础上,将其确认号Ack值作为本段报文序号的值。

确认号为Ack=W+1;表示是在收到了服务器端报文的基础上,将其序号Seq值作为本段报文确认号的值。

随后客户端开始在TIME-WAIT阶段等待2MSL

为什么要客户端要等待2MSL呢?见后文。

服务器端收到从客户端发出的TCP报文之后结束LAST-ACK阶段,进入CLOSED阶段。由此正式确认关闭服务器端到客户端方向上的连接。

客户端等待完2MSL之后,结束TIME-WAIT阶段,进入CLOSED阶段,由此完成“四次挥手”。


后“两次挥手”既让客户端知道了服务器端准备好释放连接了,也让服务器端知道了客户端了解了自己准备好释放连接了。于是,可以确认关闭服务器端到客户端方向上的连接了,由此完成“四次挥手”。


与“三次挥手”一样,在客户端与服务器端传输的TCP报文中,双方的确认号Ack和序号Seq的值,都是在彼此Ack和Seq值的基础上进行计算的,这样做保证了TCP报文传输的连贯性,一旦出现某一方发出的TCP报文丢失,便无法继续"挥手",以此确保了"四次挥手"的顺利完成。

2.”四次挥手“的动态过程


3.“四次挥手”的通俗理解


举个栗子:把客户端比作男孩,服务器比作女孩。通过他们的分手来说明“四次挥手”过程。

  • "第一次挥手":日久见人心,男孩发现女孩变成了自己讨厌的样子,忍无可忍,于是决定分手,随即写了一封信告诉女孩。

  • “第二次挥手”:女孩收到信之后,知道了男孩要和自己分手,怒火中烧,心中暗骂:你算什么东西,当初你可不是这个样子的!于是立马给男孩写了一封回信:分手就分手,给我点时间,我要把你的东西整理好,全部还给你!

    男孩收到女孩的第一封信之后,明白了女孩知道自己要和她分手。随后等待女孩把自己的东西收拾好。

  • “第三次挥手”:过了几天,女孩把男孩送的东西都整理好了,于是再次写信给男孩:你的东西我整理好了,快把它们拿走,从此你我恩断义绝!

  • “第四次挥手”:男孩收到女孩第二封信之后,知道了女孩收拾好东西了,可以正式分手了,于是再次写信告诉女孩:我知道了,这就去拿回来!

这里双方都有各自的坚持。

  • 女孩自发出第二封信开始,限定一天内收不到男孩回信,就会再发一封信催促男孩来取东西!
  • 男孩自发出第二封信开始,限定两天内没有再次收到女孩的信就认为,女孩收到了自己的第二封信;若两天内再次收到女孩的来信,就认为自己的第二封信女孩没收到,需要再写一封信,再等两天.....

倘若双方信都能正常收到,最少只用四封信就能彻底分手!这就是“四次挥手”。

4.为什么“握手”是三次,“挥手”却要四次?


TCP建立连接时之所以只需要"三次握手",是因为在第二次"握手"过程中,服务器端发送给客户端的TCP报文是以SYN与ACK作为标志位的。SYN是请求连接标志,表示服务器端同意建立连接;ACK是确认报文,表示告诉客户端,服务器端收到了它的请求报文。

即SYN建立连接报文与ACK确认接收报文是在同一次"握手"当中传输的,所以"三次握手"不多也不少,正好让双方明确彼此信息互通。

TCP释放连接时之所以需要“四次挥手”,是因为FIN释放连接报文与ACK确认接收报文是分别由第二次和第三次"挥手"传输的。为何建立连接时一起传输,释放连接时却要分开传输?

  • 建立连接时,被动方服务器端结束CLOSED阶段进入“握手”阶段并不需要任何准备,可以直接返回SYN和ACK报文,开始建立连接。
  • 释放连接时,被动方服务器,突然收到主动方客户端释放连接的请求时并不能立即释放连接,因为还有必要的数据需要处理,所以服务器先返回ACK确认收到报文,经过CLOSE-WAIT阶段准备好释放连接之后,才能返回FIN释放连接报文。

所以是“三次握手”,“四次挥手”。

5.为什么客户端在TIME-WAIT阶段要等2MSL?


为的是确认服务器端是否收到客户端发出的ACK确认报文

当客户端发出最后的ACK确认报文时,并不能确定服务器端能够收到该段报文。所以客户端在发送完ACK确认报文之后,会设置一个时长为2MSL的计时器。MSL指的是Maximum Segment Lifetime:一段TCP报文在传输过程中的最大生命周期。2MSL即是服务器端发出为FIN报文和客户端发出的ACK确认报文所能保持有效的最大时长。

服务器端在1MSL内没有收到客户端发出的ACK确认报文,就会再次向客户端发出FIN报文;

  • 如果客户端在2MSL内,再次收到了来自服务器端的FIN报文,说明服务器端由于各种原因没有接收到客户端发出的ACK确认报文。客户端再次向服务器端发出ACK确认报文,计时器重置,重新开始2MSL的计时;
  • 否则客户端在2MSL内没有再次收到来自服务器端的FIN报文,说明服务器端正常接收了ACK确认报文,客户端可以进入CLOSED阶段,完成“四次挥手”。

所以,客户端要经历时长为2SML的TIME-WAIT阶段;这也是为什么客户端比服务器端晚进入CLOSED阶段的原因

6.抓包验证


图中显示的就是完整的TCP连接释放的”四次挥手”过程。在 80 -> 55389 中,假设80是本地(客户端)端口,55389是服务器端口。80端口与55389之间的四次来回就是"四次挥手"过程。

  • ”第一次挥手”客户端发送的FIN请求释放连接报文以[FIN,ACK]作为标志位,其中报文序号Seq=2445;确认号Ack=558;

注意:这里与“第三次握手”的ACK并不是表示确认的ACK报文。

  • ”第二次挥手”服务器端返回的ACK确认报文以[ACK]作为标志位;其中报文序号Seq=558;确认号Ack=2246;

  • ”第三次挥手”服务器端继续返回的FIN同意释放连接报文以[FIN,ACK]作为标志位;其中报文序号Seq=558;确认号Ack=2246;

  • ”第四次挥手”客户端发出的ACK确认接收报文以[ACK]作为标志位;其中报文序号Seq=2446;确认号Ack=559;

后一次“挥手”传输报文中的序号Seq值等于前一次"握手"传输报文中的确认号Ack值;

后一次“挥手”传输报文中的确认号Ack值等于前一次"握手"传输报文中的序号Seq值;

故这是连续的“四次挥手”过程,与前面的分析相符。

参考资料:

TCP的三次握手与四次挥手理解及面试题(很全面)

深入浅出图解【计算机网络】 之 【TCP可靠传输的实现: 三次握手+滑动窗口】

使用 WireShark 分析 TCP/IP 三次握手 和 四次挥手

posted @ 2019-12-14 00:05  AhuntSun  阅读(...)  评论(...编辑  收藏