TCP三次握手和四次揮手以及11種狀態的介紹

TCP三次握手和四次揮手以及11種狀態的介紹

引言

傳輸控制協議（TCP，Transmission Control Protocol）是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議。TCP協議通過三次握手建立連接，通過四次揮手斷開連接。本文將詳細介紹TCP的三次握手和四次揮手過程，并解釋TCP連接過程中的11種狀態。

TCP三次握手

1. 三次握手的定義

三次握手是TCP協議建立連接的過程，確保通信雙方都能發送和接收數據。三次握手的過程如下：

1. 第一次握手：客戶端發送一個SYN（同步序列編號）包到服務器，表示客戶端請求建立連接。SYN包的序列號為x。
2. 第二次握手：服務器收到SYN包后，發送一個SYN-ACK（同步確認）包作為響應。SYN-ACK包的序列號為y，確認號為x+1。
3. 第三次握手：客戶端收到SYN-ACK包后，發送一個ACK（確認）包。ACK包的序列號為x+1，確認號為y+1。

2. 三次握手的詳細過程

第一次握手

• 客戶端：發送SYN包，序列號為x，進入SYN_SENT狀態。
• 服務器：收到SYN包，進入SYN_RCVD狀態。

第二次握手

• 服務器：發送SYN-ACK包，序列號為y，確認號為x+1，進入SYN_RCVD狀態。
• 客戶端：收到SYN-ACK包，進入ESTABLISHED狀態。

第三次握手

• 客戶端：發送ACK包，序列號為x+1，確認號為y+1，進入ESTABLISHED狀態。
• 服務器：收到ACK包，進入ESTABLISHED狀態。

3. 三次握手的作用

• 確認雙方的發送和接收能力：通過三次握手，雙方都能確認對方的發送和接收能力。
• 同步序列號：三次握手過程中，雙方交換了初始序列號，確保數據包的順序和完整性。

TCP四次揮手

1. 四次揮手的定義

四次揮手是TCP協議斷開連接的過程，確保雙方都能安全地關閉連接。四次揮手的過程如下：

1. 第一次揮手：客戶端發送一個FIN（結束）包到服務器，表示客戶端請求關閉連接。
2. 第二次揮手：服務器收到FIN包后，發送一個ACK包作為響應。
3. 第三次揮手：服務器發送一個FIN包到客戶端，表示服務器請求關閉連接。
4. 第四次揮手：客戶端收到FIN包后，發送一個ACK包作為響應。

2. 四次揮手的詳細過程

第一次揮手

• 客戶端：發送FIN包，進入FIN_WT_1狀態。
• 服務器：收到FIN包，進入CLOSE_WT狀態。

第二次揮手

• 服務器：發送ACK包，進入CLOSE_WT狀態。
• 客戶端：收到ACK包，進入FIN_WT_2狀態。

第三次揮手

• 服務器：發送FIN包，進入LAST_ACK狀態。
• 客戶端：收到FIN包，進入TIME_WT狀態。

第四次揮手

• 客戶端：發送ACK包，進入TIME_WT狀態。
• 服務器：收到ACK包，進入CLOSED狀態。

3. 四次揮手的作用

• 確保數據完整性：四次揮手確保雙方都能安全地關閉連接，避免數據丟失。
• 防止半關閉狀態：四次揮手防止連接進入半關閉狀態，確保雙方都能完全關閉連接。

TCP連接過程中的11種狀態

1. LISTEN

• 描述：服務器等待客戶端的連接請求。
• 觸發條件：服務器調用listen()函數后進入該狀態。

2. SYN_SENT

• 描述：客戶端發送SYN包后等待服務器的SYN-ACK包。
• 觸發條件：客戶端調用connect()函數后進入該狀態。

3. SYN_RCVD

• 描述：服務器收到SYN包后發送SYN-ACK包，等待客戶端的ACK包。
• 觸發條件：服務器收到SYN包后進入該狀態。

4. ESTABLISHED

• 描述：連接已建立，雙方可以開始數據傳輸。
• 觸發條件：三次握手完成后進入該狀態。

5. FIN_WT_1

• 描述：客戶端發送FIN包后等待服務器的ACK包。
• 觸發條件：客戶端調用close()函數后進入該狀態。

6. FIN_WT_2

• 描述：客戶端收到服務器的ACK包后等待服務器的FIN包。
• 觸發條件：客戶端收到服務器的ACK包后進入該狀態。

7. CLOSE_WT

• 描述：服務器收到客戶端的FIN包后等待應用程序關閉連接。
• 觸發條件：服務器收到客戶端的FIN包后進入該狀態。

8. LAST_ACK

• 描述：服務器發送FIN包后等待客戶端的ACK包。
• 觸發條件：服務器調用close()函數后進入該狀態。

9. TIME_WT

• 描述：客戶端收到服務器的FIN包后等待一段時間以確保服務器收到ACK包。
• 觸發條件：客戶端收到服務器的FIN包后進入該狀態。

10. CLOSING

• 描述：雙方同時關閉連接，等待對方的ACK包。
• 觸發條件：雙方同時發送FIN包后進入該狀態。

11. CLOSED

• 描述：連接已關閉，不再進行數據傳輸。
• 觸發條件：四次揮手完成后進入該狀態。

總結

TCP協議通過三次握手建立連接，通過四次揮手斷開連接。在連接過程中，TCP協議定義了11種狀態，確保連接的可靠性和數據完整性。理解TCP的三次握手、四次揮手以及11種狀態，有助于更好地掌握網絡通信的基本原理和故障排查方法。

參考

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