三次握手,四次挥手,原来 TCP 这么有礼貌!

我们在和他人谈话时,需要遵循一定的规则,比如确保对方能听懂我的语言。如果跟一个不懂中文的外国人说中文,是不可能很好地进行交流的。

计算机之间的通信也是如此,必须遵循一定的规则才能顺利“交流”。

TCP 与 UDP 是什么

在 TCP / IP 协议栈(互联网协议系列)中,TCP(Transmission Control Protocol ,传输控制协议)与 UDP(User Datagram Protocol ,用户数据报协议)是传输层中的两种协议,我们平时刷视频、打游戏、看新闻等都要通过这两种协议进行数据传输。

那么这两种协议有什么区别呢?


TCPUDP
区别

面向连接

可靠

提供流量控制

仅支持一对一通信

非面向连接

不可靠

不提供流量控制

支持一对一、一对多、多对一、多对多通信

优势传输数据安全可靠传输速度快,占用资源少

看完上面的表格,是不是还是有点懵,下面小编用一个比喻来告诉你二者究竟有什么不同。

我们把两个应用之间的通信当作是两个人在通信,在不考虑时间因素的前提下,我们把 TCP 看成是打电话,把 UDP 看成是写信。

两个人打电话时,需要提前拨通对方的电话,这就是需要建立连接;通话过程中,双方能及时确认消息,如果听不清楚可以要求对方重新说一次,这就是安全可靠。

写信只需要根据地址把信发出去,这就是不需要建立连接;发出去的信也不知道对方能否收到,这就是不可靠。

TCP 为了保证传输文件的完整性,会根据接收方的接收速率控制发送方的发送速率,即实行流量控制,所以 TCP 的传输速度低于 UDP。

这两种协议不存在哪个好哪个差,都有着各自适合的应用场景。

比如传输文件时对速度没有要求,但是必须保证文件完整送达,没有数据丢失,这时就应该采用 TCP 协议,而我们在视频聊天时,时效性要求高而准确性要求略低,这时就采用 UDP 协议。

TCP 是面向连接的协议,正如打电话时需要提前拨通电话,结束通话后需要挂断电话,那么 TCP 是如何建立连接与断开连接的呢?

计算机之间的通信也是如此,必须遵循一定的规则才能顺利“交流”。

TCP 的三次握手

在传输数据前,两台主机需要通过三次会话建立连接,这个过程我们称为三次握手。

  • 第一次握手:客户端向服务端请求建立连接,

SYN=1(建立连接),

seq=x(序列号),

客户端进入 SYN_SENT 状态。

  • 第二次握手:服务端向客户端返回确认并请求建立连接,

SYN=1(建立连接),

ACK=1 (已收到),

ack=x+1(确认号为收到的序列号加一),

seq=y(序列号),

服务端进入 SYN_RCVD 状态。

  • 第三次握手:客户端向服务端发送确认报文,

ACK=1 (已收到),

ack=y+1(确认号为收到的序列号加一),

seq=x+1(序列号),

三次握手完成以后,2 个主机之间,就可以传输数据啦~

TCP 的四次挥手

当数据传输完成后,两台主机需要通过四次会话断开连接,这个过程我们称为四次挥手。

  • 第一次挥手:客户端向服务端请求断开连接,

FIN=1(断开连接),

seq=u(序列号),

客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。

  • 第二次挥手:服务端向客户端返回确认报文,

ACK=1 (已收到),

ack=u+1(确认号为收到的序列号加一),

seq=v(序列号),

服务端进入 CLOSE_WAIT 状态,客户端进入 FIN_WAIT_2 状态。

  • 第三次挥手:服务端完成数据传输后,向客户端发送断开连接请求,

FIN=1(断开连接),

ACK=1 (已收到),

ack=u+1(确认号为收到的序列号加一),

seq=w(序列号),

服务端进入 LAST_ACK 状态。

  • 第四次挥手:客户端向服务端返回确认报文,

ACK=1 (已收到),

ack=w+1(确认号为收到的序列号加一),

seq=u+1(序列号),

客户端进入 TIME_WAIT 状态,服务端进入 CLOSED 状态。

客户端处于 TIME_WAIT 状态时,TCP 连接还未释放掉,等待 2 个 MSL(Maximum Segment Lifetime,最大段生命周期)的时长后,客户端进入 CLOSE 状态。

看到这里,相信大家还有些疑问,下面就由小编来一一解答。

为什么是三次握手,两次握手或者四次握手不可以吗?

如果是两次握手,就可能出现下面这种情况。

客户端发送建立连接请求,由于网络拥塞,迟迟没有得到回应。客户端再次发送连接请求,服务端回应,连接建立。

一段时间后,客户端第一次发送的连接请求到达服务端,服务端以为客户端重新请求建立连接(其实并没有),此时服务端会返回响应报文并一直处于待连接状态,这就造成了资源浪费,如下图所示。

那为什么不是四次握手呢?

四次握手也能达到三次握手的效果,也就是将原本的第二次握手拆分成两次,一次发送确认报文,一次分开发送请求建立连接报文,但这同样造成了资源浪费,如下图所示。所以最终确定通过三次握手建立连接。

为什么是四次挥手,三次挥手不可以吗?

不可以。当客户端发送断开连接请求后停止发送数据(客户端还能接收数据),有可能此时服务端还有数据需要发给客户端,所以它先回一个确认报文,等发送完所有数据,再发送断开连接的报文,通知客户端可以断开连接了。

四次挥手结束后,为什么客户端没有立刻关闭呢?

客户端没有立刻关闭,而是进入 TIME_WAIT 状态,等待 2 个 MSL 的时长后,客户端才进入 CLOSE 状态,这是为了确保第四次挥手的确认消息到达服务端。

如果服务端在规定时间内未收到最后的确认消息,会重新进行第三次挥手请求断开连接,客户端重新发送确认消息,如下图所示。

MSL 是报文的最长生存时间,2 个 MSL 是在网络中来回两个报文所需要的最长时间,如果超过这个时间,客户端没有重新收到断开连接的请求,说明四次挥手顺利完成,可以断开连接了。

总结

今天的内容就到这里了,和小编一起复习一下今天的内容吧:

TCP 和 UDP 是传输层中的两种协议,TCP 安全可靠但传输速度慢,UDP 传速度快但可能丢失数据,这两种协议各有优势,适合不同的应用场景。

两台主机建立连接和断开连接的过程被称为“三次握手”和“四次挥手”。

了解了为什么一定是三次握手和四次挥手。

相信通过今天的学习,以后被问到 TCP 和 UDP 的相关问题,大家都能侃侃而谈了。

本文来自微信公众号:中兴文档 (ID:ztedoc)

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