TCP 协议 ---- "三次握手,四次挥手"

一、TCP 协议
1、概念：TCP协议，即 传输控制协议。它是面向连接、可靠的传输层协议。
2、特点：工作在 传输层；每一条TCP连接只能是点对点的；面向连接、可靠性；提供全双工通信；基于字节流。
3、TCP 数据报格式： TCP 基于 字节流




源端口号、目的端口号：各占 2字节（16位） 序号：4字节 范围[0,2^32 - 1],使用mod/(2^32)计算

URG:紧急 1 紧急指针字段有效 ACK：确认 1 确认字段有效

PSH：推送 两应用进行交互，一方希望发送命令后就立即收到对方响应

RST：复位 （重建位/重置位） 1 TCP连接出现严重错误，须释放连接，再重新建立连接
SYN：同步 1 连接请求/连接接受报文
FIN：终止 1 数据已发送完毕，释放连接
窗口字段：现在允许对方发送的数据量
检验和：2字节 范围[首部 + 数据]
紧急指针：2字节 （仅在URG=1时有意义）指出紧急数据的末尾在文段中的位置
MSS：最大报文长度 [TCP报文长度 - TCP首部长度]
选项：长度可变（最长40字节） 若无选项，则 TCP首部长度 20字节

3、连接： 套接字socket = （IP地址 ：端口号）





I. 三次握手： 建立连接的过程:
1.客户端发出段1,SYN位表示连接请求。
序号是1000,这个序号在网络通讯中用作临时的地址,每发一个数据字节,这个序号要加1,这样在接收端可以根据序号排出数据包的正确顺序,也可以发现丢包的情况。另外,规定SYN位和FIN位也要占一个序号,这次虽然没发数据,但是由于发了SYN位,因此下次再发送应该用序号1001。mss表示最大段尺寸,如果一个段太大,封装成帧后超过了链路层的最大帧长度,就必须在IP 层分片,为了避免这种情况,客户端声明自己的最大段尺寸,建议服务器端发来的段不要超过这个长度。
2.服务器发出段2,也带有SYN位,同时置ACK位表示确认,确认序号是1001,表示“我接收到序号1000及其以前所有的段,请你下次发送序号为1001的段”,也就是应答了客户端的连接请求,同时也给客户端发出一个连接请求,同时声明最大尺寸为1024。
3.客户端发出段3,对服务器的连接请求进行应答,确认序号是8001。

II. 四次握手： 关闭连接的过程：
1. 客户端发出段7, FIN位：关闭连接的请求。
2. 服务器发出段8, 应答客户端的关闭连接请求。
3. 服务器发出段9, 其中也包含FIN位,向客户端发送关闭连接请求。
4. 客户端发出段10, 应答服务器的关闭连接请求。
注：正在关闭或者TIME_WAIT状态的tcp连接，不能传输http请求和响应。

III.TIME_WAIT 通信双方建立TCP连接后，主动关闭连接的一方就会进入TIME_WAIT状态。客户端主动关闭连接时，会发送最后一个ack后，然后会进入TIME_WAIT状态，再停留2个MSL时间(后有MSL的解释)，进入CLOSED状态。 MSL就是maximum segment lifetime(最大分节生命期），这是一个IP数据包能在互联网上生存的最长时间，超过这个时间IP数据包将在网络中消失 。MSL在RFC 1122上建议是2分钟，而源自berkeley的TCP实现传统上使用30秒。TIME_WAIT状态维持时间: 两个MSL时间长度，也就是在1-4分钟。Windows操作系统就是4分钟。 1）客户端主动关闭连接[ 进入TIME_WAIT状态的一般情况下是客户端 ] 大多数服务器端一般执行被动关闭，服务器不会进入TIME_WAIT状态。 当在服务器端关闭某个服务再重新启动时，服务器是会进入TIME_WAIT状态的。举例：1.客户端连接服务器的80服务，这时客户端会启用一个本地的端口访问服务器的80，访问完成后关闭此连接，立刻再次访问服务器的80，这时客户端会启用另一个本地的端口，而不是刚才使用的那个本地端口。原因就是刚才的那个连接还处于TIME_WAIT状态。2.客户端连接服务器的80服务，这时服务器关闭80端口，立即再次重启80端口的服务，这时可能不会成功启动，原因也是服务器的连接还处于TIME_WAIT状态。 服务端提供服务时，一般监听一个端口就够了。例如Apach监听80端口。客户端则是使用一个本地的空闲端口（大于1024），与服务端的Apache的80端口建立连接。当通信时使用短连接，并由客户端主动关闭连接时，主动关闭连接的客户端会产生TIME_WAIT状态的连接，一个TIME_WAIT状态的连接就占用了一个本地端口。这样在TIME_WAIT状态结束之前，本地最多就能承受6万个TIME_WAIT状态的连接，就无端口可用了。客户端与服务端进行短连接的TCP通信，如果在同一台机器上进行压力测试模拟上万的客户请求，并且循环与服务端进行短连接通信，那么这台机器将产生4000个左右的TIME_WAIT socket，后续的短连接就会产生address already in use : connect的异常。 关闭的时候使用RST的方式，不进入 TIME_WAIT状态，是否可行？ 2）服务端主动关闭连接 [ 大多数服务器端一般执行被动关闭，服务器不会进入TIME_WAIT状态 ] 服务端提供在服务时，一般监听一个端口就够了。例如Apach监听80端口。 客户端则是使用一个本地的空闲端口（大于1024），与服务端的Apache的80端口建立连接。 当通信时使用短连接，并由服务端主动关闭连接时，主动关闭连接的服务端会产生TIME_WAIT状态的连接。 由于都连接到服务端80端口，服务端的TIME_WAIT状态的连接会有很多个。 服务器端为了解决这个TIME_WAIT问题，可选择的方式有三种： 保证由客户端主动发起关闭（即做为B端） 关闭的时候使用RST的方式 对处于TIME_WAIT状态的TCP允许重用 3）使用情形


返回结果如下： LAST_ACK 14 SYN_RECV 348 ESTABLISHED 70 FIN_WAIT1 229 FIN_WAIT2 30 CLOSING 33 TIME_WAIT 18122 对上述结果的解释： CLOSED：无连接是活动的或正在进行 LISTEN：服务器在等待进入呼叫 SYN_RECV：一个连接请求已经到达，等待确认 SYN_SENT：应用已经开始，打开一个连接 ESTABLISHED：正常数据传输状态 FIN_WAIT1：应用说它已经完成 FIN_WAIT2：另一边已同意释放 ITMED_WAIT：等待所有分组死掉 CLOSING：两边同时尝试关闭 TIME_WAIT：另一边已初始化一个释放 LAST_ACK：等待所有分组死掉

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