TCP三次握手和四次挥手

TCP三次握手和四次挥手详解

在网络通信中，TCP（传输控制协议）是一个非常重要的协议，用于确保数据在不可靠的网络环境中能够可靠传输。TCP通过三次握手（Three-way Handshake）建立连接，通过四次挥手（Four-way Termination）终止连接。

一、TCP三次握手

TCP的三次握手用于确保客户端和服务器之间的连接是可靠的，并且双方都准备好进行数据传输。三次握手的过程如下：

1. 第一次握手：客户端发送SYN

   • 客户端向服务器发送一个SYN（同步序列编号）报文，表示客户端希望与服务器建立连接。此时，客户端进入SYN-SENT状态。
   • 报文中包含一个初始序列号（ISN），用于后续数据传输中的序列控制。

2. 第二次握手：服务器发送SYN-ACK

   • 服务器接收到SYN报文后，向客户端发送一个SYN-ACK（同步确认）报文，表示同意建立连接。此时，服务器进入SYN-RECEIVED状态。
   • SYN-ACK报文包含服务器自己的ISN和客户端的ISN+1，表明服务器已收到客户端的SYN，并将自己的SYN发送给客户端。

3. 第三次握手：客户端发送ACK

   • 客户端接收到SYN-ACK报文后，向服务器发送一个ACK（确认）报文，确认服务器的SYN已经收到。此时，客户端进入ESTABLISHED状态，连接建立成功。
   • 服务器接收到ACK报文后，也进入ESTABLISHED状态，表示连接已准备好进行数据传输。

通过三次握手，双方确认了彼此的发送和接收能力，连接正式建立。

这个过程类似于打电话的三个过程：

1.拨号。拨号相当于第一次握手。

2.接通。对方接通后为第二次握手。

3.回应。我方听到声音并回应为第三次握手。

二、TCP四次挥手

TCP的四次挥手用于终止客户端和服务器之间的连接，确保双方都能够优雅地关闭连接。四次挥手的过程如下：

1. 第一次挥手：客户端发送FIN

   • 客户端发送一个FIN（终止）报文，表示客户端已经没有数据要发送了，要求关闭连接。此时，客户端进入FIN-WAIT-1状态。
   • FIN报文可能包含最后一段数据，或者仅仅表示终止发送。

2. 第二次挥手：服务器发送ACK

   • 服务器接收到FIN报文后，向客户端发送一个ACK报文，确认客户端的FIN已经收到。此时，服务器进入CLOSE-WAIT状态，客户端进入FIN-WAIT-2状态。
   • 此时，服务器可能仍有未发送的数据，因此不会立即关闭连接。

3. 第三次挥手：服务器发送FIN

   • 服务器发送完所有剩余的数据后，向客户端发送一个FIN报文，表示服务器也准备关闭连接。此时，服务器进入LAST-ACK状态。
   • 客户端接收到FIN报文后，发送最后一个ACK报文，确认收到服务器的FIN。此时，客户端进入TIME-WAIT状态。

4. 第四次挥手：客户端发送ACK

   • 客户端发送的最后一个ACK报文确认了服务器的FIN报文后，客户端进入TIME-WAIT状态，等待一段时间（通常为2倍的最大报文段寿命），确保服务器收到ACK。
   • 如果在TIME-WAIT状态期间没有收到任何重传的FIN报文，客户端将进入CLOSED状态，表示连接已经完全关闭。

通过四次挥手，TCP连接得以优雅地关闭，确保所有的数据都得到了完整的传输和确认。

示例：

import socket
import time

# 服务端代码
def server():
    # 创建TCP套接字
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 绑定IP地址和端口号
    server_socket.bind(('localhost', 12345))
    # 监听连接请求
    server_socket.listen(1)
    print("Server is listening...")

    # 接受客户端连接
    conn, addr = server_socket.accept()
    print(f"Connected by {addr}")

    # 模拟服务器发送数据
    conn.sendall(b'Hello, Client!')

    # 接收客户端消息
    data = conn.recv(1024)
    print(f"Received: {data.decode()}")

    # 关闭连接
    conn.close()
    server_socket.close()
    print("Server connection closed.")

# 客户端代码
def client():
    # 创建TCP套接字
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 连接服务器
    client_socket.connect(('localhost', 12345))
    print("Client connected to server.")

    # 接收服务器消息
    data = client_socket.recv(1024)
    print(f"Received: {data.decode()}")

    # 模拟客户端发送数据
    client_socket.sendall(b'Thank you, Server!')

    # 关闭连接
    client_socket.close()
    print("Client connection closed.")

# 模拟TCP三次握手和四次挥手
if __name__ == "__main__":
    # 启动服务端
    import threading
    server_thread = threading.Thread(target=server)
    server_thread.start()

    # 延迟启动客户端以确保服务端已启动
    time.sleep(1)

    # 启动客户端
    client()

    # 等待服务端线程结束
    server_thread.join()

• 服务端部分：

  • 使用 socket.socket() 创建一个TCP套接字，并绑定到 localhost 上的端口 12345。
  • 通过 listen() 方法让服务器开始监听客户端连接。
  • 使用 accept() 接受客户端的连接请求，并返回一个新的套接字 conn，用于与客户端进行通信。
  • 服务器发送一条消息给客户端，并接收客户端的响应后，关闭连接。

• 客户端部分：

  • 同样使用 socket.socket() 创建一个TCP套接字。
  • 通过 connect() 方法连接到服务器的IP和端口。
  • 客户端接收到服务器的消息后，发送一个响应消息，并关闭连接。

• 主程序部分：

  • 使用Python的 threading 模块来同时运行服务器和客户端，模拟TCP的三次握手和四次挥手过程。

输出：

Server is listening...
Client connected to server.
Connected by ('127.0.0.1', random_port)
Received: Hello, Client!
Received: Thank you, Server!
Client connection closed.
Server connection closed.