TCP的连接和断开

翻到之前的笔记，顺便整理一下。不合适的地方望各位不吝赐教！参考：http://www.cnblogs.com/Jessy/p/3535612.html

http://blog.chinaunix.net/uid-26495963-id-3284813.html

http://blog.csdn.net/a19881029/article/details/29557837

先介绍下TCP报文的格式，方便后续的理解，如下图



源端口号和目表端口号结合IP数据报中的源IP与目的IP唯一标识一条TCP连接。

顺序号：为首字节在整个数据流中的位置，表示数据流中的字节数，并在连接建立阶段予以同步。

确认号：表示序号为确认号减去1的数据包及其以前的所有数据包已经正确接收，也就是说他相当于下一个准备接收的字节的序号。

头部长度：用于指示数据起始位置。由于TCP包头中可选项的长度可变，因此整个包头的长度不固定。如果没有附加字段，则TCP数据包基本长度为20字节。注：4位所能表示的最大值为1111，转化为10进制为15，15*32/8 = 60，故报头最大长度为60字节。

保留位：闲下来的地方，作为后续扩展。

标志位，设置为1时有效

URG(urgent)：决定紧急指针是否有效。

ACK(acknowledgement)：决定确认号是否有效。

PSH(push)：决定是否立即发送数据给对方，不会等缓冲区满后再发。

RST(reset)：一般在出错或关闭连接时使用。

SYN(synchronous)：在建立连接时使用，当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文段。对方若同意建立连接，在发回的报文段中使SYN=1和ACK=1。

FIN(finish)：表示发送方完成了数据发送。

窗口：表示本次交互可接收的字节数，用于流量控制。窗口大小根据网络拥塞情况和资源可用性进行增减（连接建立时，各端会分配一块缓冲区用来存储接收的数据，剩余缓冲区空间的大小叫做窗口）。

校验和：用于检查TCP数据包头和数据的一致性。

紧急指针：当URG标志位有效时，指向紧急数据的位置，该位置的数据将被优先处理。

可选项：最常用的选项是最大段大小（Maximum Segment Size，MSS），向对方通知本机可以接收的最大TCP段长度。MSS选项只在建立连接的请求中发送。

TCP三次握手



TCP四次挥手



为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，”你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？

一、保证TCP协议的全双工连接能够可靠关闭

如果Client直接CLOSED了，那么由于IP协议的不可靠性或者是其它网络原因，导致Server没有收到Client最后回复的ACK。那么Server就会在超时之后继续发送FIN，此时由于Client已经CLOSED了，就找不到与重发的FIN对应的连接，最后Server就会收到RST而不是ACK，Server就会以为是连接错误把问题报告给高层。这样的情况虽然不会造成数据丢失，但是却导致TCP协议不符合可靠连接的要求。所以，Client不是直接进入CLOSED，而是要保持TIME_WAIT，当再次收到FIN的时候，能够保证对方收到ACK，最后正确的关闭连接。

二、保证这次连接的重复数据段从网络中消失

再说第二点，如果Client直接CLOSED，然后又再向Server发起一个新连接，我们不能保证这个新连接与刚关闭的连接的端口号是不同的。也就是说有可能新连接和老连接的端口号是相同的。一般来说不会发生什么问题，但是还是有特殊情况出现：假设新连接和已经关闭的老连接端口号是一样的，如果前一次连接的某些数据仍然滞留在网络中，这些延迟数据在建立新连接之后才到达Server，由于新连接和老连接的端口号是一样的，又因为TCP协议判断不同连接的依据是socket pair，于是，TCP协议就认为那个延迟的数据是属于新连接的，这样就和真正的新连接的数据包发生混淆了。所以TCP连接还要在TIME_WAIT状态等待2倍MSL，这样可以保证本次连接的所有数据都从网络中消失。

简言之，TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。