可靠的TCP连接为何是三次握手和四次挥手

首先,咱们先来熟悉下经典的tcp/ip模型。

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tcp/ip 模型为了方便使用,将osi七层模型划分成了四层,分别为网络接口层,网络层,传输层,应用层。 #### 他们作用分别为:

1)网络接口层:主要作用是将ip地址和计算机的物理地址互相绑定,并实现二进制流和计算机硬件的高低电位的转换。
2)网络层:主要作用是通过ip地址将两台物理机链接起来,实现ip数据包的传输;
3)传输层:使源端主机和目标端主机上的对等实体可以进行会话。在传输层定义了两种服务质量不同的协议。即:传输控制协议TCP(transmission control protocol)和用户数据报协议UDP(user datagram protocol)。;
4)应用层:负责传送各种最终形态的数据,是直接与用户打交道的层,典型协议是HTTP、FTP等。

今天咱们主要来看下tcp模型中主要的tcp协议。

计算机通信中,要想实现可靠的网络通信,tcp协议是必不可少的一环。那么tcp协议是如何实现可靠通信的呢?这就首先要从经典的三次握手谈起。

三次握手即客户端与服务器至少(网络超时的话会多于三个)要发送三个数据包来建立tcp连接。

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第一次握手:客户端发送建立连接数据包,发送之后状态变成SYN_SENT,数据包内容里面SYN标志位为1以及一个随机的序列号seq,假设值为j。
第二次握手:服务器收到请求之后,发送数据包给客户端,服务器状态变为SYN_RECV,数据包内容包含标志位SYN和ACK,值都为1。确认序列号ack值为j+1,随机序列号seq,假设值为i。
第三次握手:客户端收到服务端的数据包,验证ACK和SYN为1后,发送一个确认数据包,客户端进入ESTABLISHED状态,数据包包括标志位ACK,值为1。确认序列号ack,值为i+1。序列号seq,值为j+1. > 补充说明下:确认序列号ack表示的是下一次收到的包的seq,接收方通过seq和len来确认数据包是否有效,是丢弃数据包,还是放入正常数据包序列或者是放入失序数据包序列。

那么下面咱们来看下为啥tcp是三次握手,不是两次,一次或者四次。

第一次握手:

a发送一个数据包给b。如果只握一次手,就建立连接,显然是不可能的,a连b的真实性都不知道。

第二次握手:

b收到连接请求后,发送确认建立连接请求。如果两次握手就成功建立连接的话会出现一个问题:
a给b发送了一个请求连接包,由于网络原因,过了很久之后b才收到这个包,b收到之后,向a返回一个数据包。这个时候由于时间超时,a会丢掉这个数据包。如果是两次握手的话,这时候b状态为成功建立连接,会一直等待a传输数据。这样会导致服务器资源浪费。

第三次握手:

a收到b的确认连接请求后,验证数据正确后,再向a发送一个确认请求,b收到后验证数据是否正确。正确后即连接建立成功。

三次握手可以很好的避免网络超时导致的丢包情况,服务器和客户端都要分别收到正确的ACK之后才能表示连接建立,如果未收到,就会启用超时重传机制。当然如果网络确实比较差,导致连接无法建立,也不可能一直重传。操作系统中会有设置重传次数这个字段,以避免无效重转。

为啥不四次握手:

最开始本来是四次握手,四次握手的情形是服务器发送的SYN和ACK是分开发送的,所以是四次,后面给进行了优化,所以就成为了三次握手。

挥手。

当客户端和服务器通过三次握手建立了TCP连接以后,就可以进行数据通信了,通信完毕后,双方就可以断开连接了,断开连接就会涉及到咱们的四次挥手了。下面咱们来简单看下tcp的四次挥手。

![]()#### 第一次挥手:

client发送一个标志位FIN为1和一个seq为m的数据包;

第二次挥手:

server收到了client发送的FIN报文段,向client回一个ACK报文段,ack值为m+1,server告诉client,我“同意”你的关闭请求,这个时候client不能在发送数据,server不能再接收数据,server还能给client发送数据;

第三次挥手:

server向client发送FIN报文段,请求关闭连接,同时server进入LAST_ACK状态;

第四次挥手:

client收到server发送的FIN报文段,向server发送ACK报文段,然后client进入TIME_WAIT状态;server收到client的报文段以后,就关闭连接;此时,client等待2MSL后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,client也可以关闭连接了。

至于为啥是四次挥手,本质的原因是咱们的tcp连接是全双工的,在两个方向都需要关闭,所以两个方向都需要发送一个关闭请求和确认请求。

下面介绍下tcp可靠的一个重要机制,超时重传。

超时重传是TCP协议保证数据可靠性的一个重要机制,其原理是在发送某一个数据以后就开启一个计时器,在一定时间内如果没有得到发送的数据报的ACK报文,那么就重新发送数据,直到发送成功为止。三次握手,正常的数据传输,以及四次握手过程中只要出现超时情况,都会触发重传。

那么tcp是如何界定超时的呢,这时候又引出两个新东西。一个是RTT,另外个是RTO。感兴趣的同学可以下去了解,这里就不再详细介绍了。

总结:tcp协议是一个很复杂的协议,本篇文章由于篇幅原因只是简单的介绍了其中很小一个知识点,并没有很深层次的介绍tcp,如有更多疑惑,欢迎留言讨论。

参考博客:https://juejin.im/post/5b1e9c65f265da6e26099bf3

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