TCP協議「三次握手」與「四次揮手」詳解（上）

　　在使用TCP協議進行數據的傳輸以前，客戶端與服務器端須要創建TCP Connection，即創建鏈接，以後兩端才能進行數據的傳輸。

　　下面堆TCP鏈接「三次握手」的過程進行說明。

一、相關概念

　　首先，咱們須要瞭解TCP數據報的首部的結構（TCP數據報包括首部以及數據報部分），以下圖：

     

 

 

其中須要注意的字段有：

（1）序號（sequence number）：seq序號，佔32位4個字節。從TCP源端向目的端發送的字節流數據，發起方發送數據報文時對每個字節進行編號標記，每個字節都會有一個編號（0 到 2³²-1）。給報文每一個字節編上序號後，須要給報文指派一個序號seq，報文數據段的第一個字節的編號值，就是這段報文TCP首部序號seq的值。

（2）確認號（acknowledgement number）：ack序號，佔32位4個字節。表示期待收到對方下一個報文段的序號，那麼第一次收到的報文段最後一個字節的編號+1即爲確認號。好比第一段報文seq=1（報文第一個字節編號1），報文長度是100，即報文最後一個字節編號爲100。確認端接收到發起端發送的報文後，返回給發起端的響應TCP報文中，ACK=1，ack=101，表示發起端發送的1-100編號的字節數據已經收到，但願發起端下一個報文從101編號的字節開始發送。

　　注意，只有TCP報文的ACK標誌位爲1時，這個報文中的確認序號字段纔有效。

（3）標誌位（Flags）：TCP標誌物有6位，具體以下圖

 

 

i）確認ACK：佔1位，僅當ACK=1時，確認號字段纔有效；ACK=0時，確認號無效 。

ii）同步SYN：用於創建鏈接的同步標記。當SYN=1，ACK=0時表示這是一個鏈接請求報文段。若贊成鏈接，則在響應報文段中使得SYN=1，ACK=1。所以，SYN=1表示這是一個鏈接請求報文。　　

iii）終止FIN：用來釋放一個鏈接。FIN=1表示此報文段的客戶端的數據已經發送完畢，並要求釋放鏈接。

　　這裏須要注意2點：

1）不要混淆ACK標誌位與ack確認號；

2）SYN這個標誌位只有在TCP建立鏈接時纔會被置1，握手完成後SYN標誌位被置0。

 

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二、三次握手過程

　　過程以下圖：

 

 

　　

　　注意，此處所謂的「客戶端」與「服務器端」，只是爲了方便標識鏈接的雙方，即確認哪一方是「要求斷開鏈接」的主動方，哪一方是「要求斷開鏈接」的被動方。事實上任何一方均可能要求創建鏈接。

步驟以下：

1）首先客戶端向服務器端發送一段TCP報文，其中：

　　i）標記位爲SYN=1，表示「請求創建新鏈接」；

　　ii）序號爲 seq = x，表示客戶端發送給服務器端的數據報文的序號是 x ，即數據報文的第一個字節的編號爲 x。注意，創建鏈接的SYN報文雖然沒有數據，可是會佔用一個序號的大小；

　　iii）此時，客戶端進入 SYNC-SENT 狀態：同步已發送狀態。

 

2）服務器端接收到來自客戶端 TCP 報文以後，返回一段TCP報文，其中：

　　i）標誌位爲 SYN 和 ACK ，ACK=1 是確認標誌，表示 「確認客戶端的報文seq序號有效，服務器端能正常接收客戶端發送的數據。即告訴客戶端，服務器端收到了它的請求報文」，SYN=1 是請求鏈接標誌，表示「服務器端贊成建立新鏈接」。ACK與SYN 合起來，就是告訴客戶端，服務器端 收到了你的數據，贊成與你創建鏈接；

　　ii）ack=x+1，表示但願客戶端下一次發送回來的數據報序號是 x+1；

　　iii）seq = y，服務器端向客戶端發送本身的數據報，序號是 y。

　　iv）同時，服務器端結束 LISTEN 監聽階段，進入 SYNC-RCVD 同步已接收狀態。

 

3）客戶端接收到來自服務器端的確認收到數據的TCP報文以後，明確了從客戶端到服務器端的數據傳輸是正常的，能夠創建鏈接。返回一段TCP報文，其中：

　　i）標誌位爲ACK，表示 「確認收到服務器端贊成鏈接的信號」（即告訴服務器端，我知道你收到我發的數據了）；

　　ii）seq=x+1，表示向服務器端發送序號爲x+1的數據，根據第二次握手的 ack=x+1，將seq設置爲 x+1；

　　iii）ack=y+1，表示但願服務器端下一次發送回來的數據報序號爲y+1。

　　iv）隨後它會進入 ESTABLISHED 創建鏈接階段。

 

4）服務器端在接收到客戶端發送的第三次握手的數據後，也會進入 ESTABLISHED 創建鏈接階段。

 

　　在「三次握手」中，經過第1、第二次握手的SYN，客戶端與服務器端創建鏈接；並且經過第2、第三次握手的ACK，雙方都確認對方已經收到本身的報文。客戶端與服務器端的 ack 與 seq 的值，都是在對方 ack 與 seq 值的基礎上計算的，即經過「三次握手」，客戶端與服務器端也同步了各自的序號與確認號。這樣作保證了TCP報文的連貫性，一旦有一方的報文丟失，另外一方便沒法正確「握手」（由於想正確握手，發出的 seq 須要與對方發來的 ack 相同）。

 

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三、爲何要進行「三次握手」才能創建TCP鏈接

　　緣由：避免已經失效的鏈接請求報文傳送到服務器端，致使服務器端開啓一些無效的鏈接，增長服務器端開銷。
　　分析以下圖：

 

 

 　　若是是三次握手，就能夠避免上面這種狀況的發生，以下圖：

 

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 四、擴展 

　　在客戶端與服務器端創建鏈接以後，在這個鏈接上，客戶端與服務器端之間能夠發送的HTTP請求數量與使用的HTTP協議的版本相關。

1）HTTP1.0版本：TCP鏈接是在HTTP請求建立的時候同步建立的，HTTP請求發送到服務器端，服務器端響應了以後，這個TCP鏈接就關閉了。即一次鏈接只能發送一次HTTP請求；

2）HTTP1.1版本：三次握手創建TCP鏈接後，以某種方式聲明這個鏈接一直保持，後面的HTTP請求能夠繼續使用這個鏈接。

　　因爲在建立一個TCP鏈接的過程當中須要「三次握手」的性能消耗。若是每次HTTP請求都要從新創建TCP鏈接，那麼每次HTTP請求都有「三次握手」的性能消耗。若是使用HTTP1.1，只有第一次請求須要創建鏈接，後面的請求不須要創建鏈接，則只有一次「三次握手」的消耗。

 

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　　「四次揮手」請參考文章：https://i.cnblogs.com/posts/edit;postId=13067989