InterV 8：通讯协议

一、三次握手简单例子

A:客户端 B：服务端

第一次握手： A给B打电话说，你可以听到我说话吗？

第二次握手： B收到了A的信息，然后对A说： 我可以听得到你说话啊，你能听得到我说话吗？  

第三次握手： A收到了B的信息，然后说我能听到你说话，我要给你发信息啦！

图文说明：

第一次握手：客户端通过调用connect发起主动打开。客户端向服务器发出连接请求的TCP报文段，其TCP首部中的同步比特SYN置为1，并TCP首部中序号seq设置为x（TCP规定SYN报文段不能携带数据，但是要消耗一个序号），表明要转送数据时初始序列号是x。

第二次握手：服务器收到数据报后，从TCP数据报首部的同步比特SYN位为1就知道这是一个建立连接的请求。服务器如果同意，会发回确认。在确认报文段中把同步比特位SYN设置为1，确认比特位ACK设置为1，由于TCP请求报文段中的序号是x，所以服务器在发送确认报文段中的确认号ack是x+1，同时把确认报文段中的序号seq设置为y，表明服务器发送数据的初始序列号为y。该报文段也不能携带数据（因为SYN=1，所以不携带任何数据）

第三次握手：客户端收到服务器端的报文段后，要对服务器端中的SYN进行确认。在确认报文段中把确认比特位ACK设置为1，然后把确认号ack设置为y+1，自身的序号seq设置x+1。

注：客户的初始序列号为x,服务器的初始序列号为y，那么确认报文段中的确认号ack就是所期待的对方要发送的下一个序列号

二、四次挥手

例子：

A:“喂，我不说了 (FIN)。”A->FIN_WAIT

B:“我知道了(ACK)。等下，上一句还没说完。Balabala…..（传输数据）”B->CLOSE_WAIT | A->FIN_WAIT2

B:”好了，说完了，我也不说了（FIN）。”B->LAST_ACK

A:”我知道了（ACK）。”A->TIME_WAIT | B->CLOSED

图文说明：

 

第一次挥手：假设客户端执行主动关闭，那么它会向服务器端发出释放连接的报文段，这个TCP报文段中终止比特FIN置为1，序号seq设置为u（假设上一个发的数据序号是u-1）。并停止发送数据。主动关闭TCP连接。等待服务器的确认，这里需要注意，因为TCP是全双工的，所以TCP连接上有两条数据通路，发送FIN的一端就不能发送数据，也就是关闭了其中一条数据通路，对方还是可以继续发送数据。

第二次挥手：服务器端收到客户端的释放连接的报文段后会执行被动关闭，它要对客户端的数据报进行确认，服务器端会发送一个确认的数据报，确认比特ACK设置为1，确认号为u+1，自身的序号seq为v(假设上一个发的数据序号是v-1)。这个时候TCP处于半关闭状态，服务器依然可以向客户端发送数据（数据的序号为v+1 ~ w-1），客户端任要接受。

第三次挥手：服务器端已经没有要发送给客户端的数据，那么服务器端也会调用close关闭套接字，这样服务器端也会发送一个FIN的TCP报文段，序号是w（假设上一个发的数据序号是w-1）。这个时候服务器端不会再向客户端发送数据了。

第四次挥手：客户端接受到这个最终的FIN的释放连接报文段后必须对报文段进行确认。在确认的报文段中，ACK=1,确认序号ack=w+1，自己的序号seq=u+1(他的上一个序号的数据报就是申请释放连接的数据报，序号是seq=u)。

三、TCP连接11种状态

客户端独有的状态：SYN_SENT 、FIN_WAIT1 、FIN_WAIT2 、CLOSING 、TIME_WAIT 。

服务器独有的状态：LISTEN 、SYN_RCVD 、CLOSE_WAIT 、LAST_ACK 。

共有的状态：CLOSED 、ESTABLISHED 。

 

l  SYN_SENT ：这个状态与SYN_RCVD 状态相呼应，当客户端SOCKET执行connect()进行连接时，它首先发送SYN报文，然后随即进入到SYN_SENT 状态，并等待服务端的发送三次握手中的第2个报文。SYN_SENT 状态表示客户端已发送SYN报文。

2  FIN_WAIT_1 ：这个状态得好好解释一下，其实FIN_WAIT_1 和FIN_WAIT_2 两种状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。而这两种状态的区别是：FIN_WAIT_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时，它想主动关闭连接，向对方发送了FIN报文，此时该SOCKET进入到FIN_WAIT_1 状态。而当对方回应ACK报文后，则进入到FIN_WAIT_2 状态。当然在实际的正常情况下，无论对方处于任何种情况下，都应该马上回应ACK报文，所以FIN_WAIT_1 状态一般是比较难见到的，而FIN_WAIT_2 状态有时仍可以用netstat看到。

3  FIN_WAIT_2 ：上面已经解释了这种状态的由来，实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET表示半连接，即有一方调用close()主动要求关闭连接。注意：FIN_WAIT_2 是没有超时的（不像TIME_WAIT 状态），这种状态下如果对方不关闭（不配合完成4次挥手过程），那这个 FIN_WAIT_2 状态将一直保持到系统重启，越来越多的FIN_WAIT_2 状态会导致内核crash。

4  CLOSING ：这种状态在实际情况中应该很少见，属于一种比较罕见的例外状态。正常情况下，当一方发送FIN报文后，按理来说是应该先收到（或同时收到）对方的ACK报文，再收到对方的FIN报文。但是CLOSING 状态表示一方发送FIN报文后，并没有收到对方的ACK报文，反而却也收到了对方的FIN报文。什么情况下会出现此种情况呢？那就是当双方几乎在同时close()一个SOCKET的话，就出现了双方同时发送FIN报文的情况，这是就会出现CLOSING 状态，表示双方都正在关闭SOCKET连接。

5  TIME_WAIT ：表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文。 TIME_WAIT状态下的TCP连接会等待2*MSL（Max Segment Lifetime，最大分段生存期，指一个TCP报文在Internet上的最长生存时间。每个具体的TCP协议实现都必须选择一个确定的MSL值，RFC 1122建议是2分钟，但BSD传统实现采用了30秒，Linux可以cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_fin_timeout看到本机的这个值），然后即可回到CLOSED 可用状态了。如果FIN_WAIT_1状态下，收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入到TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态。（这种情况应该就是四次挥手变成三次挥手的那种情况）

6  LISTEN ：表示服务器端的某个SOCKET处于监听状态，可以接受客户端的连接。

7  SYN_RCVD ：表示服务器接收到了来自客户端请求连接的SYN报文。在正常情况下，这个状态是服务器端的SOCKET在建立TCP连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态，很短暂，基本上用netstat很难看到这种状态，除非故意写一个监测程序，将三次TCP握手过程中最后一个ACK报文不予发送。当TCP连接处于此状态时，再收到客户端的ACK报文，它就会进入到ESTABLISHED 状态。

8  CLOSE_WAIT ：表示正在等待关闭。怎么理解呢？当对方close()一个SOCKET后发送FIN报文给自己，你的系统毫无疑问地将会回应一个ACK报文给对方，此时TCP连接则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢，你需要检查自己是否还有数据要发送给对方，如果没有的话，那你也就可以close()这个SOCKET并发送FIN报文给对方，即关闭自己到对方这个方向的连接。有数据的话则看程序的策略，继续发送或丢弃。简单地说，当你处于CLOSE_WAIT 状态下，需要完成的事情是等待你去关闭连接。

9  LAST_ACK ：当被动关闭的一方在发送FIN报文后，等待对方的ACK报文的时候，就处于LAST_ACK 状态。当收到对方的ACK报文后，也就可以进入到CLOSED 可用状态了

10  CLOSED：初始状态，表示TCP连接是“关闭着的”或“未打开的”。

11  ESTABLISHED ：表示TCP连接已经成功建立。