文章目錄
- 前言
- 一、TCP三報文握手
- 二、TCP四報文揮手
- 三、TCP保活計時器
前言
??TCP通信，通常需要經歷三個階段：三報文握手->發送，接收數據->四報文揮手。
一、TCP三報文握手
??三報文握手處于TCP的連接建立階段，主要解決了以下的問題：
- 使TCP通信的雙方知道對方的存在，確認雙方的接收與發送能力。
- 客戶端發送 SYN 報文，請求建立連接。
- 服務器回復 SYN + ACK 報文，表示“我收到了你的請求，也同意建立連接”。
- 客戶端再次回復 ACK 報文，表示“我也收到了你的確認”。
- 在握手報文中可以攜帶 TCP 選項字段，允許雙方就這些參數進行協商，使得通信性能更優。
- MSS（最大報文段長度）
- Window Scale（窗口擴大因子）
- SACK（選擇性確認）
- Timestamps（時間戳）等
- 使TCP雙方可以對運輸的實體資源進行分配和初始化。在三次握手完成后，操作系統會：
- 在內核中為該連接分配 socket 緩存（接收緩沖區、發送緩沖區）
- 初始化連接狀態（如 TCP 狀態機進入 ESTABLISHED 狀態）
??三報文握手的流程如下，分為TCP服務和TCP客戶兩個角色：
-
最初，兩端的TCP進程都處于關閉的狀態。TCP連接進程首先創建傳輸控制塊**（服務端和客戶都要）**，用于存儲TCP連接中的一些重要信息，隨后
TCP服務進入監聽狀態。 -
TCP客戶發送連接請求報文段，該請求報文段不能攜帶數據，TCP客戶進入同步已發送狀態，連接請求報文段的關鍵參數：- SYN：1
- seq：設置為初始值x，作為TCP客戶進程的初始序號。
-
TCP服務接收到TCP客戶的連接請求報文段，并且向TCP客戶發送連接請求確認報文段（不能攜帶數據），TCP服務進入同步已接收狀態，連接請求確認報文段的關鍵參數：- SYN：1
- ACK：1
- seq：設置為初始值y，作為TCP服務進程的初始序號。
- ack：x + 1
-
TCP客戶接收到TCP服務的請求確認報文后，最后向服務器發送一個普通TCP確認報文段**（可以攜帶數據，也可以不攜帶，如果不攜帶數據，TCP客戶進程要發送的下一個數據報文段的seq依舊是x + 1，否則是x + 2）**，TCP客戶進入連接已建立狀態。普通TCP確認報文段的關鍵參數：- ACK：1
- seq：x + 1
- ack：y + 1
-
TCP服務在接收到普通TCP確認報文段后，就會進入連接已建立狀態。然后雙方基于已建立的連接，進行通信。
TCP服務和TCP客戶，初始都是關閉狀態，由TCP客戶去主動打開。
當TCP服務創建了傳輸控制塊后，進入監聽狀態
TCP客戶發送第一次握手的消息時，進入同步已發送狀態
TCP服務發送第二次握手的消息時，進入同步已接收狀態
TCP客戶發送第三次握手的消息時，進入連接已建立狀態
TCP服務接收到TCP客戶的最后一次握手消息，進入連接已建立狀態。
三報文握手，TCP客戶占兩次，TCP服務占一次。
??為什么TCP服務在接收到TCP客戶的連接請求報文段，并且向TCP客戶發送連接請求確認報文段后**（二次握手），不是立刻進入連接已建立狀態，而是需要等待TCP服務再次發送一個普通TCP確認報文段，才會進入連接已建立狀態？（三次握手）**
??假設使用二次握手，那么可能會存在如下圖的情況。所以TCP服務需要等到TCP客戶在接收到連接請求確認報文段后，再發送一個普通TCP確認報文段，才能進入連接已建立狀態。
二、TCP四報文揮手
??四報文揮手處于TCP的連接終止階段，是由TCP客戶發起的。它的流程：
TCP客戶主動關閉連接，發送TCP連接釋放報文段并進入終止等待1狀態，TCP連接釋放報文段的關鍵參數：：- FIN：1
- ACK：1
- seq：u = TCP客戶進程傳送過的最后一個字節的序號 + 1
- ack：v = TCP客戶進程已收到的最后一個字節的序號 + 1
TCP服務進程，在接收到TCP客戶釋放連接的報文后，會發送一個普通的TCP確認報文段，并且自身進入關閉等待狀態。普通的TCP確認報文段的關鍵參數：- ACK：1
- seq：v
- ack：u + 1，作為對于TCP連接釋放報文段的確認
??這時的TCP連接處于半關閉狀態，也就是TCP客戶已經沒有數據需要發送了，但是TCP服務如果有數據需要發送，TCP客戶還是需要接收的。
TCP客戶在接收到確認報文段后，進入終止等待2狀態。等待TCP服務發送TCP連接釋放報文段。（等到TCP服務已經沒有數據要發送了）TCP服務發送TCP連接釋放報文段，進入最后確認狀態，TCP連接釋放報文段的關鍵參數：- FIN：1
- ACK：1
- seq：w，因為在半關閉狀態下，TCP服務可能又發送了一些數據。
- ack：u + 1，對收到的TCP客戶的連接釋放報文的重復確認
TCP客戶在接收到TCP服務的連接釋放報文段后，發送TCP普通確認報文段，進入時間等待狀態。TCP普通確認報文段的關鍵參數：- ACK：1
- seq：u + 1，先前TCP客戶發送的連接釋放報文段，雖然不攜帶數據，但是要消耗一個序號。
- ack：w + 1，對收到的TCP服務連接釋放報文段的確認。
6. TCP服務在接收到TCP客戶的TCP普通確認報文段后，就進入關閉狀態，TCP服務進程撤銷傳輸控制塊（是在建立連接時新建的）。TCP客戶進程在經過2倍的msl后，才能進入關閉狀態，撤銷傳輸控制塊。
??TCP客戶在發送最后一個TCP普通確認報文段后，為什么不直接進入關閉狀態？如同下圖的場景
??關鍵點就在于，最后一次TCP客戶發送的TCP普通確認報文段，可能存在丟失的問題。如果發生該問題，那么TCP服務的超市重傳，TCP客戶已經處于關閉狀態，是無法進行處理的。
TCP服務和TCP客戶，都是處于連接狀態，由TCP客戶去主動發起關閉。
TCP客戶發送第一次揮手的消息后，進入終止等待1狀態。
TCP服務發送第二次揮手的消息后，進入關閉等待狀態。
TCP客戶接收第二次揮手的消息后，進入終止等待2狀態。
TCP服務發送第三次揮手的消息后，進入最后確認狀態。
TCP客戶接收第三次揮手的消息后，并且發送第四次揮手，進入時間等待狀態，。
TCP服務接收第四次揮手的消息后，就進入關閉狀態，撤銷傳輸控制塊
TCP客戶進程在經過2倍的msl后，才能進入關閉狀態，撤銷傳輸控制塊。
四報文揮手，TCP客戶占兩次，TCP服務占兩次。
客戶端的狀態流轉：終止等待1 -> 終止等待2 -> 時間等待 -> 關閉
服務端的狀態流轉：關閉等待 -> 最后確認 -> 關閉
三、TCP保活計時器
??如果TCP連接建立后，客戶端出現了故障，那么服務端是如何知道客戶端發生故障的呢？
??TCP保活計時器正是用于解決這樣的問題，**類似于注冊中心的心跳機制。**服務端在接收到客戶端的數據后，會重新設置并啟動保活計時器，假設TCP客戶出現問題，超過保活計時器的時限后仍然沒有發送數據，則服務端會發送一個TCP探測報文段，每隔75s發送一次，如果發送10次客戶端仍然沒有響應，TCP服務進程就確認客戶出現了故障，就斷開連接。
