TCP三次握手和四次挥手以及11种状态的介绍

TCP三次握手和四次挥手以及11种状态的介绍

引言

传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP协议通过三次握手建立连接，通过四次挥手断开连接。本文将详细介绍TCP的三次握手和四次挥手过程，并解释TCP连接过程中的11种状态。

TCP三次握手

1. 三次握手的定义

三次握手是TCP协议建立连接的过程，确保通信双方都能发送和接收数据。三次握手的过程如下：

1. 第一次握手：客户端发送一个SYN（同步序列编号）包到服务器，表示客户端请求建立连接。SYN包的序列号为x。
2. 第二次握手：服务器收到SYN包后，发送一个SYN-ACK（同步确认）包作为响应。SYN-ACK包的序列号为y，确认号为x+1。
3. 第三次握手：客户端收到SYN-ACK包后，发送一个ACK（确认）包。ACK包的序列号为x+1，确认号为y+1。

2. 三次握手的详细过程

第一次握手

• 客户端：发送SYN包，序列号为x，进入SYN_SENT状态。
• 服务器：收到SYN包，进入SYN_RCVD状态。

第二次握手

• 服务器：发送SYN-ACK包，序列号为y，确认号为x+1，进入SYN_RCVD状态。
• 客户端：收到SYN-ACK包，进入ESTABLISHED状态。

第三次握手

• 客户端：发送ACK包，序列号为x+1，确认号为y+1，进入ESTABLISHED状态。
• 服务器：收到ACK包，进入ESTABLISHED状态。

3. 三次握手的作用

• 确认双方的发送和接收能力：通过三次握手，双方都能确认对方的发送和接收能力。
• 同步序列号：三次握手过程中，双方交换了初始序列号，确保数据包的顺序和完整性。

TCP四次挥手

1. 四次挥手的定义

四次挥手是TCP协议断开连接的过程，确保双方都能安全地关闭连接。四次挥手的过程如下：

1. 第一次挥手：客户端发送一个FIN（结束）包到服务器，表示客户端请求关闭连接。
2. 第二次挥手：服务器收到FIN包后，发送一个ACK包作为响应。
3. 第三次挥手：服务器发送一个FIN包到客户端，表示服务器请求关闭连接。
4. 第四次挥手：客户端收到FIN包后，发送一个ACK包作为响应。

2. 四次挥手的详细过程

第一次挥手

• 客户端：发送FIN包，进入FIN_WT_1状态。
• 服务器：收到FIN包，进入CLOSE_WT状态。

第二次挥手

• 服务器：发送ACK包，进入CLOSE_WT状态。
• 客户端：收到ACK包，进入FIN_WT_2状态。

第三次挥手

• 服务器：发送FIN包，进入LAST_ACK状态。
• 客户端：收到FIN包，进入TIME_WT状态。

第四次挥手

• 客户端：发送ACK包，进入TIME_WT状态。
• 服务器：收到ACK包，进入CLOSED状态。

3. 四次挥手的作用

• 确保数据完整性：四次挥手确保双方都能安全地关闭连接，避免数据丢失。
• 防止半关闭状态：四次挥手防止连接进入半关闭状态，确保双方都能完全关闭连接。

TCP连接过程中的11种状态

1. LISTEN

• 描述：服务器等待客户端的连接请求。
• 触发条件：服务器调用listen()函数后进入该状态。

2. SYN_SENT

• 描述：客户端发送SYN包后等待服务器的SYN-ACK包。
• 触发条件：客户端调用connect()函数后进入该状态。

3. SYN_RCVD

• 描述：服务器收到SYN包后发送SYN-ACK包，等待客户端的ACK包。
• 触发条件：服务器收到SYN包后进入该状态。

4. ESTABLISHED

• 描述：连接已建立，双方可以开始数据传输。
• 触发条件：三次握手完成后进入该状态。

5. FIN_WT_1

• 描述：客户端发送FIN包后等待服务器的ACK包。
• 触发条件：客户端调用close()函数后进入该状态。

6. FIN_WT_2

• 描述：客户端收到服务器的ACK包后等待服务器的FIN包。
• 触发条件：客户端收到服务器的ACK包后进入该状态。

7. CLOSE_WT

• 描述：服务器收到客户端的FIN包后等待应用程序关闭连接。
• 触发条件：服务器收到客户端的FIN包后进入该状态。

8. LAST_ACK

• 描述：服务器发送FIN包后等待客户端的ACK包。
• 触发条件：服务器调用close()函数后进入该状态。

9. TIME_WT

• 描述：客户端收到服务器的FIN包后等待一段时间以确保服务器收到ACK包。
• 触发条件：客户端收到服务器的FIN包后进入该状态。

10. CLOSING

• 描述：双方同时关闭连接，等待对方的ACK包。
• 触发条件：双方同时发送FIN包后进入该状态。

11. CLOSED

• 描述：连接已关闭，不再进行数据传输。
• 触发条件：四次挥手完成后进入该状态。

总结

TCP协议通过三次握手建立连接，通过四次挥手断开连接。在连接过程中，TCP协议定义了11种状态，确保连接的可靠性和数据完整性。理解TCP的三次握手、四次挥手以及11种状态，有助于更好地掌握网络通信的基本原理和故障排查方法。

参考

• RFC 793 - Transmission Control Protocol
• TCP/IP Illustrated, Volume 1: The Protocols
• Understanding TCP/IP