TCP的三次握手与四次挥手过程的每一步的具体状态变换

一、TCP的运输连接管理

TCP是面向连接的协议。运输连接是用来传送TCP报文的。TCP运输连接的建立和释放是每一次面向连接的通信中必不可少的过程，运输连接有三个阶段，即：连接建立，数据传送和连接释放。运输连接的管理就是使运输连接的建立和释放都能正常的进行。
在TCP连接建立过程中要解决以下三个问题：

(1)要使每一方都能够确知对方的存在。
(2)要允许双方协调一些参数(如最大窗口值，是否使用窗口扩大选项和时间戳选项以及服务质量等)。
(3)能够运输实体资源（如缓存大小、连接表中的项目等）进行分配。
TCP的建立采用客户服务器方式。主动发起连接建立的应用进程叫做客户(client)，而被动等待连接建立的应用进程叫做服务器(sever)。
二、TCP的连接建立



上图所示为TCP建立连接的过程。假定主机A运行的是TCP客户程序，而B运行TCP服务器程序。最初两端的TCP都处于CLOSED状态。A主动打开连接，B被动打开连接。
B的TCP服务器进程先创建传输控制块TCP，准备接受客户进程的连接请求。然后服务器进程就处于LISTEN状态，等待客户的连接请求。如有，即作出响应。

A的TCP服务器进程也是首先创建传输控制模块TCP，然后向B发出连接请求报文段，这是首部中的同部位SYN=1，同时选择一个初始序号seq=x.TCP规定，SYN报文段(即SYN=1的报文段)不能携带数据，但要消耗掉一个序号。这时TCP客户进程进入SYN-SENT（同步已发送）状态。
B收到连接请求报文段后，如同意建立连接，则向A发送确认。在确认报文段中应把SYN位和ACK位都置为1，确认号是ack=x+1,同时也为自己选择一个初始序号seq=y。这个报文段也不能携带数据，但同样要消耗掉一个序号。这时TCP服务器进程进入SYN-RCVD（同步已发送）状态。
TCP客户进程收到B的确认后，还要向B给出确认。确认报文段的ACK置1，确认号ack=y+1，而自己的序号seq=x+1。TCP的标准规定，ACK的报文段可以携带数据。但如果不携带数据则不消耗序号，在这种情况下，下一个数据报文段的序号仍是seq=x+1。这时，TCP连接已经建立，A进入ESTABLISHED (已建立连接)状态。

当B收到A的确认后，也进入ESTABLISHED(已建立连接)状态。

以上所示连接建立过程叫做三次握手。
为什么A还要发送一次确认？
主要是为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了B，因而产生错误。

二、TCP的连接释放



TCP连接释放过程比较复杂，结合双方状态的改变来说明。

数据传输结束后，通信的双方都可释放连接。现在A和B都处于ESTABLISHED状态。A的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段，并停止再发送数据，主动关闭TCP连接。A把连接释放报文段首部的终止控制位FIN置1，期序号seq=u,它等于前面已传送过的数据的最后一个字节的序号加1。这是A进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态，等待B的确认。TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，它也消耗掉一个序号。

B收到连接释放报文段后即发出确认。确认号是ack=u+1,而这个报文段自己的序号是v，等于B前面已传送过的数据的最后一个字节的序号加1.然后B就进入CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器进程这时应通知高层应用进程，因而从A到B这个方向的连接就释放了，这时TCP连接处于半关闭状态，即A已经没有数据要发送了，但B若发送数据，A仍要接收。也就是说，从B到A这个方向的连接并未关闭，这个状态可能会持续一段时间。
A收到来自B的确认后，就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待B发出的连接释放报文段。

若B已经没有要向A发送的数据，其应用进程就通知TCP释放连接。这是B发出的连接释放报文段必须使FIN=1。现假定B的序号为w（在半关闭状态B可能又发送了一些数据）。B还必须重复上次已发送过的确认号ack=u+1。这是B就进入LAST-ACK（最后确认）状态，等待A的确认。

A在收到B的连接释放报文段后，必须对此发出确认。在确认报文段中把ACK置1，确认号ack=w+1,而自己的序号是seq=u+1（FIN要消耗一个序号）。然后进入TIME-WAIT（时间等待）状态。现在TCP连接还没有释放掉。必须经过时间等待计时器设置的时间2MSL后，A才进入CLOSED状态。时间MSL叫做最长报文段寿命，RFC793建议设置为2分钟。TCP允许不同的实现可根据具体情况使用更小的MSL。当A撤销相应的传输控制块TCP后，就结束了这次的TCP连接。

为什么A在TIME-WAIT状态必须等待2MSL的时间？
（1）为了保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B。这个ACK报文段有可能丢失，因而使处在LAST-ACK状态的B收不到对已发送的FIN+ACK报文段的确认。B会超时重传这个FIN+ACK报文段。而A就能在2MSL时间内收到这个重传的FIN+ACK报文段。接着A重传一次确认，重新启动2MSL计时器。最后A和B都正常进入到CLOSED状态。如果A在TIME-WAIT状态不等待一段时间，而是在发送完ACK报文段后立即释放连接，那么就无法收到B重传的FIN+ACK报文段，因而也不会在发送一次确认报文段。这样，B就无法按照正常步骤进入CLOSED状态。
（2）防止已失效的连接请求报文段出现在本连接中。A在发送完最后一个ACK报文段后，在经过2MSL，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样就可以使下一个新的连接中不会出现这种旧的连接请求报文段。
B只要收到了A发出的确认，就进入CLOSED状态。同样，B在撤销想应的传输控制块TCB后，就结束了这次的TCP连接。同时，B结束TCP连接的时间要比A早一些。
上述TCP的连接释放过程是四次握手。

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