用Java代码分析TCP的三次握手四次挥手过程

TCP提供了一种面向连接的、可靠的字节流服务。面向连接比较好理解，就是连接双方在通信前需要预先建立一条连接，这犹如实际生活中的打电话。助于可靠性，TCP协议中涉及了诸多规则来保障通信链路的可靠性，总结起来，主要有以下几点：
（1）应用数据分割成TCP认为最适合发送的数据块。这部分是通过“MSS”（最大数据包长度）选项来控制的，通常这种机制也被称为一种协商机制，MSS规定了TCP传往另一端的最大数据块的长度。值得注意的是，MSS只能出现在SYN报文段中，若一方不接收来自另一方的MSS值，则MSS就定为536字节。一般来讲，在不出现分段的情况下，MSS值还是越大越好，这样可以提高网络的利用率。
（2）重传机制。设置定时器，等待确认包。
（3）对首部和数据进行校验。
（4）TCP对收到的数据进行排序，然后交给应用层。
（5）TCP的接收端丢弃重复的数据。
（6）TCP还提供流量控制。

TCP报文：

（1）TCP封装数据的格式：



（2）TCP首部的格式：



TCP首部报文格式的说明：

（1）每个TCP段都包括源端和目的端的端口号，用于寻找发送端和接收端的应用进程。这两个值加上IP首部的源端IP地址和目的端IP地址唯一确定一个TCP连接。

（2）序号用来标识从TCP发送端向接收端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的第一个数据字节。如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动，则TCP用序号对每个字节进行计数。

（3）当建立一个新连接时，SYN标志变1。序号字段包含由这个主机选择的该连接的初始序号ISN，该主机要发送数据的第一个字节的序号为这个ISN加1，因为SYN标志使用了一个序号。

（4）既然每个被传输的字节都被计数，确认序号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。因此，确认序号应当时上次已成功收到数据字节序号加1。只有ACK标志为1时确认序号字段才有效。

（5）发送ACK无需任何代价，因为32位的确认序号字段和ACK标志一样，总是TCP首部的一部分。因此一旦一个连接建立起来，这个字段总是被设置，ACK标志也总是被设置为1。

（6）TCP为应用层提供全双工的服务。因此，连接的每一端必须保持每个方向上的传输数据序号。

（7）TCP可以表述为一个没有选择确认或否认的华东窗口协议。因此TCP首部中的确认序号表示发送方已成功收到字节，但还不包含确认序号所指的字节。当前还无法对数据流中选定的部分进行确认。

（8）首部长度需要设置，因为任选字段的长度是可变的。TCP首部最多60个字节。

（9）6个标志位中的多个可同时设置为1

URG－紧急指针有效

ACK－确认序号有效

PSH－接收方应尽快将这个报文段交给应用层

RST－重建连接

SYN－同步序号用来发起一个连接

FIN－发送端完成发送任务

（10）TCP的流量控制由连接的每一端通过声明的窗口大小来提供。窗口大小为字节数，起始于确认序号字段指明的值，这个值是接收端期望接收的字节数。窗口大小是一个16为的字段，因而窗口大小最大为65535字节。

（11）检验和覆盖整个TCP报文端：TCP首部和TCP数据。这是一个强制性的字段，一定是由发送端计算和存储，并由接收端进行验证。TCP检验和的计算和UDP首部检验和的计算一样，也使用伪首部。

（12）紧急指针是一个正的偏移量，黄蓉序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。TCP的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。

（13）最常见的可选字段是最长报文大小MMS，每个连接方通常都在通信的第一个报文段中指明这个选项。它指明本端所能接收的最大长度的报文段。

TCP三次握手与四次挥手全过程：

1、建立连接协议（三次握手）

（1）客户端发送一个带SYN标志的TCP报文到服务器。这是三次握手过程中的报文1。

（2） 服务器端回应客户端的，这是三次握手中的第2个报文，这个报文同时带ACK标志和SYN标志。因此它表示对刚才客户端SYN报文的回应；同时又标志SYN给客户端，询问客户端是否准备好进行数据通讯。

（3） 客户必须再次回应服务段一个ACK报文，这是报文段3。



TCP的三次握手可以通过报文来分析：

（1）客户端向服务器端发起同步请求，服务器侧端口固定为 102，客户端端口由 socket 随机产生



（2）服务器端向客户端响应，同时也向客户端发起同步请求



（3）客户端予以确认



2 连接终止协议（四次挥手）

　 　由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。

　（1） TCP客户端发送一个FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送（报文段4）。

　（2） 服务器收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1（报文段5）。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。

　（3） 服务器关闭客户端的连接，发送一个FIN给客户端（报文段6）。

　（4） 客户段发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1（报文段7）。





通过Java代码实现TCP连接三次握手和四次挥手的过程：

package com.zhaoming.test;

import java.io.BufferedReader;

import java.io.File;

import java.io.FileNotFoundException;

import java.io.FileOutputStream;

import java.io.IOException;

import java.io.InputStreamReader;

import java.io.PrintWriter;

import java.net.Socket;

import java.net.UnknownHostException;

import java.text.SimpleDateFormat;

import java.util.Date;

public class ClientConnect extends Thread

{

//定义一个Client的对象

private Client client;

private Socket socket;

//定义IP和端口号是常量

private static final String IP = "192.168.1.190";

private static final int PORT = 20108;

//声明str是一个静态变量，

public static String str = null;

//进行构造（持有另一个类对象的引用）

public ClientConnect(Client client)

{

this.client = client;

}

//启用线程，处理连接

public void run()

{

try

{

//初始化要连接的socket套接字

socket = new Socket(IP,PORT);

client.getjButton1().setEnabled(false);

}

catch (UnknownHostException e1)

{

e1.printStackTrace();

}

catch (IOException e1)

{

e1.printStackTrace();

}

//从服务器端通过socket读取信息

BufferedReader br = null;

try

{

br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

//把读到的信息显示到TextArea中

while (true)

{

str = br.readLine();

client.getjTextArea1().append(str + "\n");

//建一个新的文本文档，用于存储从服务器读到的信息

File file = new File("E:/temperatrue.txt");

PrintWriter out = null;

String date = null;

//修改时间显示的格式

SimpleDateFormat sdf = null;

try

{

//把读到的信息，写到到文本文件中存储起来

out = new PrintWriter(new FileOutputStream(file, true));

sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

date = sdf.format(new Date());

out.println(date+"\t"+str);

out.flush();

}

catch (FileNotFoundException e)

{

e.printStackTrace();

}

finally

{

out.close();

}

}

} catch (IOException e)

{

e.printStackTrace();

}

//进行流关闭处理，先进行判断，然后再关闭

finally

{

try

{

if(br != null)

{

br.close();

br =null;

}

if(socket != null)

{

socket.close();

socket = null;

}

}

catch (IOException e)

{

e.printStackTrace();

}

}

}

}

由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。

TCP协议的连接是全双工连接，一个TCP连接存在双向的读写通道。

简单说来是 “先关读，后关写”，一共需要四个阶段。以客户机发起关闭连接为例：

1.服务器读通道关闭

2.客户机写通道关闭

3.客户机读通道关闭

4.服务器写通道关闭

关闭行为是在发起方数据发送完毕之后，给对方发出一个FIN（finish）数据段。直到接收到对方发送的FIN，且对方收到了接收确认ACK之后，双方的数据通信完全结束，过程中每次接收都需要返回确认数据段ACK。