计算机网络基础 - TCPIP通讯流程
分类: 操作系统
三次握手/四次挥手
为了保证传输的可靠性，TCP 在传输数据之前需要建立连接（三次握手），在传输结束后需要断开连接（四次挥手）。
第一阶段：三次握手 (Three-Way Handshake) —— 建立连接
1. 第一次握手 (SYN)
- 动作： 客户端发送一个带有 SYN (Synchronize) 标志的数据包给服务端。
- 内容： 客户端随机生成一个初始序列号 $seq = x$。
- 状态变化： 客户端进入
SYN_SENT 状态。
- 含义： “你好，我想建立连接，我的初始序列号是 $x$。”
2. 第二次握手 (SYN + ACK)
- 动作： 服务端收到 SYN 包后，必须确认客户的 SYN。服务端发送一个带有 SYN 和 ACK (Acknowledgment) 标志的数据包。
- 内容：
- 确认号 $ack = x + 1$ (表示收到了 $x$，期待下一个是 $x+1$)。
- 服务端也随机生成自己的初始序列号 $seq = y$。
- 状态变化： 服务端进入
SYN_RCVD 状态。
- 含义： “收到了，我同意你的连接请求。同时我也想建立连接，我的初始序列号是 $y$。”
3. 第三次握手 (ACK)
- 动作： 客户端收到服务端的 SYN+ACK 包，向服务端发送一个 ACK 包。
- 内容：
- 序列号 $seq = x + 1$。
- 确认号 $ack = y + 1$ (表示收到了 $y$，期待下一个是 $y+1$)。
- 状态变化： 客户端发送后进入
ESTABLISHED 状态，服务端收到后也进入 ESTABLISHED 状态。
- 含义： “收到你的确认了，连接建立成功，我们可以开始发数据了。”
第二阶段：数据传输
连接建立后，双方就可以通过这个通道双向传输数据了。此时 TCP 会利用滑动窗口、重传机制等保证数据的有序和完整。
第三阶段：四次挥手 (Four-Way Handshake) —— 断开连接
由于 TCP 连接是全双工（Full-Duplex）的，即数据在两个方向上可以同时传输，因此每个方向的关闭都需要单独进行。这意味着断开连接需要四个步骤。
假设客户端（Client）主动发起关闭请求：
1. 第一次挥手 (FIN)
- 动作： 客户端发送一个 FIN (Finish) 标志的数据包。
- 含义： “我没有数据要发给你了，我要断开我这边的发送通道。”
- 状态： 客户端进入
FIN_WAIT_1。
2. 第二次挥手 (ACK)
- 动作： 服务端收到 FIN，回传一个 ACK 包。
- 含义： “知道了，我同意你断开。但我可能还有数据没发完，你先等等。”
- 状态：
- 服务端进入
CLOSE_WAIT（等待关闭）。
- 客户端收到 ACK 后进入
FIN_WAIT_2。
- 关键点： 此时处于半关闭状态。客户端不能发数据了，但服务端如果还有数据没发完，可以继续发，客户端依然要接收。
3. 第三次挥手 (FIN)
- 动作： 等服务端所有数据都发完了，它会发送一个 FIN 包给客户端。
- 含义： “好了，我也发完了，现在我也要断开连接。”
- 状态： 服务端进入
LAST_ACK。
4. 第四次挥手 (ACK)
- 动作： 客户端收到 FIN，回传一个 ACK 包。
- 含义： “好的，收到了，再见。”
- 状态：
- 客户端进入
TIME_WAIT 状态（注意：不是立即关闭）。
- 服务端收到 ACK 后，彻底关闭连接，进入
CLOSED。
三次握手的意义
1. 第一次握手 (Client 发送 SYN)
核心目的：发起连接 & 同步客户端序列号
- 同步序列号 (ISN)： 客户端告诉服务端：“我打算发数据了，我的初始序号是 $x$。”（这是为了解决网络包乱序问题）。
- 能力验证（服务端视角）：
- 服务端收到后，确认了 客户端的发送能力 是正常的。
- 服务端收到后，确认了 服务端的接收能力 是正常的。
2. 第二次握手 (Server 回复 SYN + ACK)
核心目的：确认收到、发起反向连接 & 同步服务端序列号
- 确认收到： 告诉客户端：“你的请求我收到了，我同意建立连接。”
- 同步序列号 (ISN)： 服务端告诉客户端：“我也要发数据，我的初始序号是 $y$。”
- 能力验证（客户端视角）—— 这一步最关键：
- 客户端收到后，确认了 自己的发送能力 正常（因为对方收到了）。
- 客户端收到后，确认了 自己的接收能力 正常（因为收到了回信）。
- 客户端收到后，确认了 服务端的接收能力 和 发送能力 都是正常的。
- 结论：此时客户端认为连接已经完全打通。
3. 第三次握手 (Client 回复 ACK)
核心目的：确认收到服务端的序列号 & 防止旧连接干扰
- 确认收到： 告诉服务端：“我收到你的确认和序列号了，咱们可以开始了。”
- 防止失效请求： 防止已失效的连接请求突然又传到了服务端，导致服务端错误地打开连接资源。
- 能力验证（服务端视角）：
- 服务端收到后，确认了 自己的发送能力 是正常的（因为对方给回馈了）。
- 服务端收到后，确认了 客户端的接收能力 是正常的。
- 结论：此时服务端也认为连接完全打通。
四次挥手的意义
四次挥手的核心意义在于：TCP 连接是全双工（Full-Duplex）的。
这意味着数据像是在两条独立的单行道上跑：一条是 客户端 -> 服务端，另一条是 服务端 -> 客户端。每一条通道的关闭，都需要单独的确认。
1. 第一次挥手 (Client 发送 FIN)
意义：客户端宣布“我没有新数据了”
- 切断发送通道： 客户端告诉服务端：“我的数据已经全部发完了，我请求关闭我到你的这条数据通道。”
- 保留接收能力： 此时客户端只是不再生成新数据，但如果服务端发来数据，客户端依然可以接收（这叫半关闭状态）。
2. 第二次挥手 (Server 回复 ACK)
意义：服务端确认收到，但申请“稍等”
- 确认收到关闭请求： 服务端告诉客户端：“我知道你想断开了，但我这边可能还有数据没处理完（或者发送缓冲区的包还没发出去）。”
- 防止数据丢失： 这一步非常关键。服务端不能立即关闭连接，否则缓冲区的剩余数据就丢了。服务端需要时间去处理这些“尾巴”。
3. 第三次挥手 (Server 发送 FIN)
意义：服务端宣布“我也处理完了”
- 切断发送通道： 等服务端把剩余数据都发完后，它告诉客户端：“好了，我这边的数据也发完了，现在我也请求关闭我到你的这条通道。”
- 正式结束服务： 此时服务端做好了完全断开的准备。
4. 第四次挥手 (Client 回复 ACK)
意义：客户端确认收到，连接彻底关闭
- 确认完全结束： 客户端告诉服务端：“收到你的结束信号了，咱们的对话正式结束。”
- 确保可靠关闭： 如果没有这一步，服务端不知道客户端是否收到了自己的 FIN。如果服务端没收到这个 ACK，它会以为自己的 FIN 丢了而不断重试。