tcp连接过程分三个阶段(一个tcp连接过程分三个阶段及连接建立)

什么是TCP呢？由三个单词组成的Transport Control Protocol，字面理解是传输控制协议，可以理解为比特同学要想在网络泳池里游泳，那么他必须学习传输层控制技能，并且要掌握相应的动作——协议，他才能在畅游世界网络这个超大型游泳池。TCP：一个传输层协议，提供Host-To-Host的可靠传输，支持全双工，是一个面向连接的协议。TCP工作在传输层，它的上层是应用层，应用就是人们常用的微信、抖音、王者荣耀等服务工作的协议。两台不同的设备使用微信聊天，发送语音，需要实现Host-To-Host的数据通信，那么就可以直接调用TCP协议进行。调用TCP通信时需要指定通信的端口，不同的端口对应不同应用，不同IP对应不同的主机，也就是不同的设备。这就涉及到网络地址——IP地址，工作在网络层，当然TCP层只负责把对应的IP地址和端口传给网络层即可，具体业务由网络层来实现。互联网层，即Network Layer，提供地址和地址间的通信，只关注地址到地址Address-To-Address间通信，具体设备间通信由数据链路层实现，数据链路层关注MAC地址间通信，具体的物理设备，传输介质由物理层负责。以上就是TCP/IP协议常用的层级分割，最终目的就是为Host-To-Host服务，实现应用到应用的通信服务。什么是连接和会话呢？连接事需要通信双方相互配合来实现的，是双方达成的一种即时的状态约定，保证通信双方都在线，都有能力为接下来的数据传输做出尽快的响应，我们称之为连接。连接是网络行为状态的记录，既然连接需要双方共同努力，那么就需要双方都有一个对象来记忆当前传输的数据类型，对方的端口、已经传输了多少，效率怎么样等等一些关注点。那么与之相关联的另一个名词会话（Session），是什么意思呢，会话是应用的行为。大家每次用微信聊天时都会有一个窗口，用来发送信息，你来我往，这个窗口中会有很多条信息，我们称之为会话，当我们在会话进行中，连接一定是在通信状态的。聊一会，累了，退出微信了，但是一般我们不会删除我们的会话内容，这时会话还在，但是连接已经中断。双工/单工问题想想自己理解的是什么？单工：任何时间，数据只能单向发送，单工至少需要一条线路半全双工：某一时候可以双向发送数据，至少需要一条线路全双工：任何时刻都可以双向发送数据，大于一条线路这里线路不一定真实存在物理线路，可能采用模拟的形式实现TCP是一个全双工协议，数据任何时刻都可以双向发送，这说明服务器和客户端可以根据需要选择任意时刻发送和接收信息，所以呢都可以被称为主机（Host）可靠性的定义TCP可以提供可靠性，那么可靠性具体的实现方式是什么呢？可靠性指数据无损传输。发送主机按照顺序发送数据，数据通过网络传输，收不同网络条件限制，数据不会按照发送时的顺序到达接收方，这时我们就需要一种算法来保证接收方可以还原出发送方的顺序。这里还有一个概念叫多播，发送方同时发送给多个接收方信息，如果接收方中有一个接收到了这条信息，我们的可靠性就必须保证其他接收方也必须接收到相同的信息，这里我们不讨论多播。TCP的握手和挥手TCP是一个面向连接的连接的协议，握手是建立连接的过程，挥手是断开连接的过程。TCP的基本操作以上三种操作以后，另一方必须立即给发起方返回一个ACK（Ackknowledgement），这是TCP保证可靠性的要求。如果一方不回复发送方ACK，发送方则认为接收方没有收到信息，会重新发送。建立连接的过程-三次握手三次握手的形成和TCP要求每次发送方发送信息以后，接收方必须返回ACK确认有直接的关系上图描述了TCP建立连接的过程，分为6步：TCP建立连接的过程如上，那么为什么是三次呢？第二步服务端做准备，因为是首次收到发送数据请求，无需处理，可以立刻进入数据交互状态，所以可以立刻发送给客户端SYN，告诉客户端，我已准备好，所以第三步和第四步可以合并为一次握手——ACK-SYN，然后客户端回应ACK，连接建立完成以上就是三次握手了具体在数据交互过程，ACK和SYN等需要用标识位来标记，在实际应用中，我们一般使用1来表示开启，0表示关闭。那么四次挥手为什么是四次呢，主要是因为，挥手时服务端收到FIN以后，不能马上回复FIN，因为自身还有任务没有处理完，所以上面所说的6步中，第3、4步就不能一起回复，只能先回复ACK，等自身任务处理完毕，才能告诉客户端，我已经准备好，可以关闭连接，这样就需要4次数据交互，如下图：

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连接通信过程中必不可少的。因此，运输连接就有三个阶段：连接建立，数据传送和连接释放。需要解决以下3个问题：连接建立这个过程，需要在客户端和服务器之间，交换3个TCP报文段，也就是三次握手????x3。????请注意，在本例中，A主动打开连接，B被动打开连接一开始，B就在准备接受客户进程的连接请求，然后服务器进程就处于 LISTEN （收听）状态，等待客户的连接请求。如有，即作出响应。A的TCP客户进程像B发出连接请求报文段，这时，首部中的同步位SYN = 1，同时选择一个初始序号 seq = x 。TCP规定????，SYN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收到连接请求的报文段后，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ASK位都置1，确认号是 ack = x + 1 ，同时也为自己选择一个初始序号 seq = y 。请注意，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（同步收到）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）???? Q:为什么A最后还有发送一次确认呢？????A:主要是为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到B，因而产生错误。所谓“已失效的连接请求报文段”是这样产生的。????考虑一种正常情况，A 发出连接请求????，但因连接请求报文丢失而未收到确认。于是A再重传一次连接请求。后来收到了确认，建立了连接。数据传输完毕后，就释放了连接。A共发出了两个连接请求的报文段，其中第一个丢失????，第二个到达了B????，没有“已失效的连接请求报文段”。????现假定出现一种异常情况，即A发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络节点长时间的滞留????，以至延误到连接释放以后的某个时间才到达B。本来这是一个 早已失效的报文段 ，但是B收到此时小的连接请求的报文段之后，误以为是A又发出一次新的连接请求。于是向A发出确认报文段，同意建立连接。假定不采用报文握手。那么只要B发出确认之后，新的连接就建立了。由于现在A并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬B的确认????，也不会向B发送数据，但B确以为新的运输连接已经建立，并一直等待A发来的数据。B的许多资源就这样白白浪费了。

unix的哲学是一切皆文件，可以把socket看成是一种特殊的文件，而一些socket函数就是对其进行的操作api（读/写IO、打开、关闭）。我们知道普通文件的打开操作（open）返回一个文件描述字，与之类似，socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。当我们调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，sockfd即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。在将一个地址绑定到socket的时候，需要先将主机字节序转换成为网络字节序，而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过不少血案，谨记对主机字节序不要做任何假定，务必将其转化为网络字节序再赋给socket。这里的主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下：listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为socket可以接受的排队的最大连接个数。listen函数表示等待客户的连接请求。connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就向TCP服务器发送连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数去接收请求，这样连接就建立好了(在connect之后就建立好了三次连接)，之后就可以开始进行类似于普通文件的网络I/O操作了。如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与客户的TCP连接。accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时，read返回实际所读的字节数，如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的，如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数。失败时返回-1，并设置errno变量。 在网络程序中，当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0，表示写了部分或者是全部的数据。2)返回的值小于0，此时出现了错误在服务器与客户端建立连接之后，会进行一些读写操作，完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，类似于操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为已关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再作为read或write的第一个参数close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”，即交换三个分组。大致流程如下：客户端向服务器发送一个SYN J服务器向客户端响应一个SYN K，并对SYN J进行确认ACK J+1客户端再想服务器发一个确认ACK K+1socket中TCP的四次握手释放连接详解某个应用进程首先调用close主动关闭连接，这时TCP发送一个FIN M；另一端接收到FIN M之后，执行被动关闭，对这个FIN进行确认。一段时间之后，服务端调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N；接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认,这样每个方向上都有一个FIN和ACK。为什么要三次握手由于tcp连接是全双工的，存在着双向的读写通道，每个方向都必须单独进行关闭。当一方完成它的数据发送任务后就可以发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到FIN只意味着这个方向上没有数据流动，但并不表示在另一个方向上没有读写，所以要双向的读写关闭需要四次握手，3. time_wait状态如何避免？首先服务器可以设置SO_REUSEADDR套接字选项来通知内核，如果端口忙，但TCP连接位于TIME_WAIT状态时可以重用端口。在一个非常有用的场景就是，如果你的服务器程序停止后想立即重启，而新的套接字依旧希望使用同一端口，此时SO_REUSEADDR选项就可以避免TIME_WAIT状态。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。实战分析：状态描述：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：等待所有分组死掉命令解释：如何尽量处理TIMEWAIT过多?编辑内核文件/etc/sysctl.conf，加入以下内容：net.ipv4.tcp_syncookies = 1 表示开启SYN Cookies。当出现SYN等待队列溢出时，启用cookies来处理，可防范少量SYN攻击，默认为0，表示关闭；net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接，默认为0，表示关闭；net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默认为0，表示关闭。net.ipv4.tcp_fin_timeout 修改系默认的 TIMEOUT 时间然后执行 /sbin/sysctl -p 让参数生效./etc/sysctl.conf是一个允许改变正在运行中的Linux系统的接口，它包含一些TCP/IP堆栈和虚拟内存系统的高级选项，修改内核参数永久生效。简单来说，就是打开系统的TIMEWAIT重用和快速回收。本文主要讲述了socket的主要api，以及tcp的连接过程和其中各个阶段的连接状态，理解这些是更深入了解tcp的基础！

一个数据包的生命过程：数据包如何送达主机、主机如何将数据包转交给应用、数据是如何被完整地送达应用程序 互联网，实际上是一套理念和协议组成的体系架构 。其中，协议是一套众所周知的规则和标准，如果各方都同意使用，那么它们之间的通信将变得毫无障碍。数据通信是通过数据包来传输的。如果发送的数据很大，那么该数据就会被拆分为很多小数据包来传输。之后再由接收方按照数据包中的一定规则将小的数据包整合成全部数据。IP 是非常底层的协议，只负责把数据包传送到对方电脑，不负责该数据包将由哪个程序去使用。数据包要在互联网上进行传输，就要符合网际协议（Internet Protocol，简称 IP）标准。计算机的地址就称为 IP 地址，访问任何网站实际上只是你的计算机向另外一台计算机请求信息。简单理解数据传输过程就是：装包和拆包。 如果要想把一个数据包从主机 A 发送给主机 B，那么在传输之前，数据包上会被附加上主机 B 的 IP 地址信息，这样在传输过程中才能正确寻址。额外地，数据包上还会附加上主机 A 本身的 IP 地址，有了这些信息主机 B 才可以回复信息给主机 A。这些附加的信息会被装进一个叫 IP 头的数据结构里。IP 头是 IP 数据包开头的信息，包含 IP 版本、源 IP 地址、目标 IP 地址、生存时间等信息。过程：1、上层将含有“数据”的数据包交给网络层；2、网络层再将 IP 头附加到数据包上，组成新的 IP 数据包，并交给底层；3、底层通过物理网络将数据包传输给主机 B；4、数据包被传输到主机 B 的网络层，在这里主机 B 拆开数据包的 IP 头信息，并将拆开来的数据部分交给上层；5、最终，含有“数据”信息的数据包就到达了主机 B 的上层了。基于 IP 之上开发能和应用打交道的协议，最常见的是“用户数据包协议（User Datagram Protocol）”，简称 UDP。负责将传输的数据包交给某一应用程序。UDP 中一个最重要的信息是端口号，端口号其实就是一个数字，每个想访问网络的程序都需要绑定一个端口号。通过端口号 UDP 就能把指定的数据包发送给指定的程序了， 所以 IP 通过 IP 地址信息把数据包发送给指定的电脑，而 UDP 通过端口号把数据包分发给正确的程序。 和 IP 头一样，端口号会被装进 UDP 头里面，UDP 头再和原始数据包合并组成新的 UDP 数据包。UDP 头中除了目的端口，还有源端口号等信息。为了支持 UDP 协议，我把前面的三层结构扩充为四层结构，在网络层和上层之间增加了传输层过程：1、 上层将数据包交给传输层；传输层会在数据包前面附加上 UDP 头，组成新的 UDP 数据包，再将新的 UDP 数据包交给网络层；2、网络层再将 IP 头附加到数据包上，组成新的 IP 数据包，并交给底层；3、数据包被传输到主机 B 的网络层，在这里主机 B 拆开 IP 头信息，并将拆开来的数据部分交给传输层；4、在传输层，数据包中的 UDP 头会被拆开，并根据 UDP 中所提供的端口号，把数据部分交给上层的应用程序；5、最终，含有信息的数据包就旅行到了主机 B 上层应用程序这里。在使用 UDP 发送数据时，有各种因素会导致数据包出错，虽然 UDP 可以校验数据是否正确，但是对于错误的数据包， UDP 并不提供重发机制，只是丢弃当前的包 ，而且 UDP 在发送之后也无法知道是否能达到目的地。虽说UDP 不能保证数据可靠性，但是传输速度却非常快 ，所以 UDP 会应用在一些关注速度、但不那么严格要求数据完整性的领域，如在线视频、互动游戏等上文说到的使用UDP 来传输会存在两个问题 ：1、数据包在传输过程中容易丢失；2、大文件会被拆分成很多小的数据包来传输，这些小的数据包会经过不同的路由，并在不同的时间到达接收端，而 UDP 协议并不知道如何组装这些数据包，从而把这些数据包还原成完整的文件。所以TCP协议很好地解决的这个问题。TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。1、对于数据包丢失的情况，TCP 提供重传机制；2、TCP 引入了数据包排序机制，用来保证把乱序的数据包组合成一个完整的文件。和 UDP 头一样，TCP 头除了包含了目标端口和本机端口号外，还提供了 用于排序的序列号 ，以便接收端通过序号来重排数据包一个完整的 TCP 连接的生命周期包括了“建立连接”“传输数据”和“断开连接”三个阶段。首先，建立连接阶段。这个阶段是通过“三次握手”来建立客户端和服务器之间的连接。TCP 提供面向连接的通信传输。面向连接是指在数据通信开始之前先做好两端之间的准备工作。所谓 三次握手 ，是指在建立一个 TCP 连接时，客户端和服务器总共要发送三个数据包以确认连接的建立。其次，传输数据阶段。在该阶段，接收端需要对每个数据包进行确认操作，也就是接收端在接收到数据包之后，需要发送确认数据包给发送端。所以当发送端发送了一个数据包之后，在规定时间内没有接收到接收端反馈的确认消息，则判断为数据包丢失，并触发发送端的重发机制。同样，一个大的文件在传输过程中会被拆分成很多小的数据包，这些数据包到达接收端后，接收端会按照 TCP 头中的序号为其排序，从而保证组成完整的数据。最后，断开连接阶段。数据传输完毕之后，就要终止连接了，涉及到最后一个阶段“ 四次挥手 ”来保证双方都能断开连接。三次握手和四次挥手限于篇幅可看另一篇文章： TCP协议中 的三次握手和四次挥手1、IP 负责把数据包送达目的主机。2、UDP 负责把数据包送达具体应用（可能会丢包)。3、而 TCP保证了数据完整地传输 ，它的连接可分为三个阶段：建立连接、传输数据和断开连接。 完整的数据流程

1,TCP使用三次握手 （three-wayhandshake）协议来建立连接,这三次握手为：请求端（通常称为客户）发送一个SYN报文段（SYN为1）指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始顺序号（ISN）。服务器发回包含服务器的初始顺序号的SYN报文段（SYN为1）作为应答。同时，将确认号设置为客户的ISN加1以对客户的SYN报文段进行确认（ACK也为1）。客户必须将确认号设置为服务器的ISN加1以对服务器的SYN报文段进行确认（ACK为1），该报文通知目的主机双方已完成连接建立。发送第一个SYN的一端将执行主动打开（activeopen），接收这个SYN并发回下一个SYN的另一端执行被动打开（passiveopen）。另外，TCP的握手协议被精心设计为可以处理同时打开（simultaneousopen），对于同时打开它仅建立一条连接而不是两条连接。因此，连接可以由任一方或双方发起，一旦连接建立，数据就可以双向对等地流动，而没有所谓的主从关系。2,应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，然后TCP把数据流分割成适当长度的报文段（通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传送单元(MTU)的限制）。之后TCP把结果包传给IP层，由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。TCP为了保证不发生丢包，就给每个字节一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认(ACK)； 如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认，那么对应的数据（假设丢失了）将会被重传。TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和。