TCP协议通讯流程（三次握手及四次挥手）

文章目录

TCP协议通讯流程（三次握手及四次挥手）
- 一、服务器端
- 二、客户端
- 三、三次握手四次挥手
- 三、具体流程
- 四、相关注意事项

一、服务器端

调用socket函数，创建一个socket（文件描述符）操作句柄
调用bind函数，把刚创建的socket文件描述符和 ip及端口绑定在一起，注意一个进程可以绑定多个端口号，但是一个端口号只能被一个进程绑定bind中进程和端口的关系
调用listen函数，对socket文件描述符进行监听（首先listen会在进程地址空间中维护一个缓冲区，如果有客户链接进来，就把其放进缓冲区）
进入主循环，循环处理客户端的请求（死循环）
调用accept函数并阻塞，等待客户端进来链接（在listen缓冲区中去出），accept成功就返回一个新的socket文件描述符操作句柄，在多进程或多线程等情况下，旧的socket在父进程中返回，继续accept，子进程拿到newsocket对客户进行操作（下面的操作都是newsocket）
调用recv函数，接受客户端发送的请求
对客户端发送来的请求在函数内部进行处理
调用send函数，把处理结果返回给客户端。
关闭socket

二、客户端

调用socket函数，创建一个socket（文件描述符）操作句柄
调用connect函数，向服务器发送链接请求
进入主循环，服务器和客户端可能进行多次交互，不止一次
调用send函数，把请求数据发送给服务器
调用recv函数，接受服务器返回的结果
关闭socket

三、三次握手四次挥手

1 . 三次握手
在客户端向服务器建立链接的过程中：客户端首先创建自己的socket
调用connect发起链接服务器的请求
其中connect函数会发出SYN段并阻塞等待服务器的响应 （第一次）
服务器收到客户端的链接请求SYN，会应答客户端，向客户端发送一个SYN-ACK，表示同意建立连接请求 （第二次）
客户端收到服务器端的SYN-ACK后会从connect返回，同时向服务器端再应答一个ACK段； （第三次）
2.四次挥手
在数据传输的过程中：建立连接后，TCP协议提供全双工的通信服务（全双工：在同一条链接中，同一时刻通信双方都可以写数据）。
服务器在调用socket创建出socket文件描述符后，再调用bind绑定ip及端口号，服务器在调用accept获取客户端，调用完accept后立即调用recv函数（阻塞，跟read读取管道一样）
在这个时间客户端调用send函数向服务器端发送请求（和write管道一样），服务器收到从recv返回的请求，在对客户端的请求进行处理，在这期间客户端调用send函数阻塞等待
服务器端调再用send把响应结果发给客户端，再次调用recv读取客户端请求
在断开链接的过程中（一般都是客户端主动断开链接，服务器毕竟不是为一个客户服务）：如果客户端不在请求了，就会调用close函数关闭链接，客户端就会向服务器端发送一个FIN段，表示我要断开链接了 （第一次）
此时服务器端在响应完客户端的请求后，没有在收到客户端的请求，一直阻塞在recv处，此时收到客户端发送的FIN后，会向客户端回应一个ACK，同时recv会返回0 （第二次）
服务器端recv返回后，服务器端就直到客户端要关闭链接了，也调用close函数关闭连接，再向客户端发送一个FIN （第三次）
客户端收到ACK和FIN后，再向服务器端发送一个ACK （第四次）

三、具体流程

服务端状态转化:
[CLOSED -> LISTEN] 服务器端调用listen后进入LISTEN状态, 等待客户端连接;
[LISTEN -> SYN_RCVD] 一旦监听到连接请求(同步报文段), 就将该连接放入内核等待队列中, 并向客户端发送SYN确认报文.
[SYN_RCVD -> ESTABLISHED] 服务端一旦收到客户端的确认报文ACK, 就进入ESTABLISHED状态, 可以进行读写数据了
[ESTABLISHED -> CLOSE_WAIT] 当客户端主动关闭连接(调用close), 服务器会收到结束报文段, 服务器返回确认报文段ACK并进入CLOSE_WAIT;
[CLOSE_WAIT -> LAST_ACK] 进入CLOSE_WAIT后说明服务器准备关闭连接(需要处理完之前的数据); 当服务器真正调用close关闭连接时, 会向客户端发送FIN, 此时服务器进入LAST_ACK状态, 等待最后一个ACK到来(这个ACK是客户端确认收到了FIN)
[LAST_ACK -> CLOSED] 服务器收到了对FIN的ACK, 彻底关闭连接
客户端状态变化：
[CLOSED -> SYN_SENT] 客户端调用connect, 发送同步报文段;
[SYN_SENT -> ESTABLISHED] connect调用成功, 则进入ESTABLISHED状态冰箱服务器端发送一个ACK, 开始读写数据;
[ESTABLISHED -> FIN_WAIT_1] 客户端主动调用close时, 向服务器发送结束报文段FIN, 同时进入FIN_WAIT_1;
[FIN_WAIT_1 -> FIN_WAIT_2] 客户端收到服务器对结束报文段的确认, 则进入FIN_WAIT_2, 开始等待服务器的结束报文段;
[FIN_WAIT_2 -> TIME_WAIT] 客户端收到服务器发来的结束报文段, 进入TIME_WAIT, 并发出LAST_ACK;
[TIME_WAIT -> CLOSED] 客户端要等待一个2MSL(MaxSegment Life, 报文最大生存时间)的时间, 才会进入CLOSED状态

四、相关注意事项

1 . 客户端为什么不需要bind？
首先服务器端bind是因为如果客户端要访问服务器端，就必须要服务器端端“地址”，也就是ip+端口号，这样客户端才能找到服务器，进行通信
如果服务器端不进行bind操作，那么操作系统就会随机分配端口号给服务器，那么客户端就不能和服务器端进行通信。
而客户端为什么不需要bind，是因为如果客户端bind一个ip + 端口，那么如果一个pc上有多个用户，那么bind同一个端口就会出错（如果一台pc上只有一个用户也是可以bind）。
2 . 为什么要进行三次握手？
为了防止无效的连接请求报文到达服务器而引起错误。
TCP发起建立连接的一方不会一直等待对方的回复，如果超时，他再次发起这个请求，上一个作废。
假设A给服务器发送了一个请求，但是由于网络原因迟迟没有到达B服务器。由于一直没收到服务器端的回复确认，所以就进行超时重传，上个就舍弃了。
然后新的请求很快的到达了B服务器，然后B服务器也很快的进行了响应，如果是两次握手的话，这样就建立了连接
但是上次因网络问题迟迟未到的第一个请求这时到达了B服务器，服务器依然会当成新的连接请求进行响应，（服务器只要响应，第二次握手就完成了）这时又会建立连接，这就会出现建立了两个连接的局面，
然后这就会出现很多问题，例如服务器端认为完成了握手，可以发送数据了，于是一直处于等待数据状态，而发送端不理睬服务器端发来的请求（因为发送端的那个请求早就被清除了），不去发送数据，后果就是服务器一直等，这样就会浪费很多服务器资源
如果是三次握手的话，就会避免这个问题，因为比如第二次的新请求到达时，发送端就会又给服务器端发送个确认请求，表示接收到了，这样迟到的那个请求到达服务器端，然后返回到发送端时，发送端并不会响应。然后这个连接并不会建立，服务器也就不会白白等待。
3.为什么要进行四次挥手？
确保数据能够完整传输。
当被动方收到主动方的FIN报文通知时，它仅仅表示主动方没有数据再发送给被动方了。
但未必被动方所有的数据都完整的发送给了主动方，所以被动方不会马上关闭SOCKET,它可能还需要发送一些数据给主动方后，（按照常理的话，第二次和第三次挥手应该一起回复FIN和ACK的，但是因为服务器端可能有数据没发完，所以不能也立刻去主动申请关闭，所以要把ACK和FIN分开）再发送FIN报文给主动方，告诉主动方同意关闭连接，所以这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。
4.timewite的产生的原因及作用？
为实现TCP全双工连接的可靠释放
假设发起主动关闭的一方（client）最后发送的ACK在网络中丢失，由于TCP协议的重传机制，执行被动关闭的一方（server）将会重发其FIN
在该FIN到达client之前，client必须维护这条连接状态，也就说这条TCP连接所对应的资源（client方的local_ip,local_port）不能被立即释放或重新分配
直到另一方重发的FIN达到之后，client重发ACK后，经过2MSL时间周期没有再收到另一方的FIN之后，该TCP连接才能恢复初始的CLOSED状态。
如果主动关闭一方不维护这样一个TIME_WAIT状态，那么当被动关闭一方重发的FIN到达时，主动关闭一方的TCP传输层会用RST包响应对方，这会被对方认为是有错误发生，然而这事实上只是正常的关闭连接过程，并非异常
确保第四次握手时发送方发送的ACK可以到达接收方如果2MSL时间内没有收到，则接收方会进行重发
确保当前连接的所有报文都已经过期（每个具体TCP实现必须选择一个报文段最大生存时间MSL。它是任何报文段被丢弃前在网络内的最长时间，2MSL足够使所有报文过期了）
5.理解close_wait状态？
close_wait状态介绍：
客户端主动关闭连接，服务器接收到客户端的FIN，但是还没有发送自己的FIN，此时的状态为close_wait状态，大量的close_wait状态拖累服务器性能
close_wait产生的原因：
某种情况下客户端关闭了连接，但是我方忙于读写，没有关闭连接
解决方法：
思想：检查出客户端已经关闭的连接，他之所以会出现这种问题，肯定是服务器端的连接释放的代码存在问题

1.当服务器读写失败时，可以选择关闭连接2.定期向连接发送询问数据，检查收到的回复数据包（Heart-Beat线程发送指
定格式的心跳数据包）3.修改keep-live参数(超时时间，tcp检查间隔时间:keeplive探测包
发送的间隔，tcp检查次数:如果对方不予应答，探测包发送的次数）

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