计算机网络(11)-----TCP连接的建立和释放

TCP连接的建立和释放

概述

　　TCP运输连接的建立和释放是每一次面向连接的通信中必不可少的过程，运输连接有三个阶段：连接建立，数据传送和连接释放。

TCP连接的建立

　　

　　如图所示，假定A主机是客户端程序，B主机是服务端程序。最初两端的TCP进程都是出于CLOSED(关闭)状态。

　　（1）B的TCP服务器进程先创建传输控制块TCB(transmission Control Block)，准备接受客户进程的连接请求。然后服务器就进入LISTEN(监听)状态，等待客户端的连接请求。

　　（2）A的TCP客户进程也是首先创建传输控制块TCB，然后向B发出连接请求报文段，这是首部中的同步位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，但是要消耗掉一个序号。这是TCP客户进程进入SYN-SENT(同步已发送)状态。

　　（3）B收到连接请求报文段后，如果同意建立连接，则向A发送确认。在确认报文段中应把SYN位和ACK位都置1，确认号ack=x+1，同时也为自己选择一个初始序号seq=y。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服务器进入SYN-RCVD(同步收到)状态。

　　（4）TCP客户京城收到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连接已经建立了，A进入ESTABLISHED(已建立连接)状态。

　　疑问：

　　　　为什么A还要发送一次确认呢？

　　　　假定出现这样一种情况，即A发出第一个连接请求报文段在某些网络节点长时间滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才达到B。本来这是一个早已失效的报文段。但B收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是A又发出一次新的连接请求。于是就向A发出确认报文段，同意建立连接。假定不采用三次握手，那么只要B发出确认，新的连接就建立了。

TCP连接的释放

　　

　　如图所示，数据传输结束后，通信双方都可释放连接。现在A和B都处于ESTABLISHED状态。

　　（1）A的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段，并停止再发送数据，主动关闭TCP连接。A把连接释放报文段首部的终止控制位FIN置1，其序号seq=u，它等于前面已传送过的数据的最后一个字节的序号加1。这时A进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态，等待B的确认。TCP规定，FIN报文段即使不携带，也要消耗一个序号。

　　（2）B收到连接释放报文段后即发出确认，确认号是ack=u+1，而这个报文段自己的序号是v，等于B前面已传送过的数据的最后一个字节的序号加1。然后B就进入CLOSE-WAIT(关闭等待)状态。TCP服务器进程这时应通知高层应用进程，因而从A到B这个方向的连接就释放了，这时的TCP出于半关闭(half-close)状态，即A已经没有数据要发送了，但B若发送数据，A仍要接收。也就是说，从B到A这个方向的连接并未关闭，这个状态可能会持续一段时间。

　　（3）A收到来自B的确认后，就进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态，等待B发出的连接释放报文段。

　　（4）若B已经没有要向A发送的数据，其应用进程就通知TCP释放连接。这时B发出的连接释放报文段必须使FIN=1。假定B的序号为w(在半关闭状态可能又发送了一些数据)。B还必须重复上次已发送过的确认号ack=u+1。这时B就进入LAST-ACK(最后确认)状态，等待A的确认。

　　（5）A在收到B的连接释放报文段后，必须对此发出确认。在确认报文段中把ACK置1，确认号ack=w+1，而自己的序号是seq=u+1，然后进入到TIME-WAIT(时间等待状态)。此时，连接并没有释放，必须经过时间等待计时器(TIME-WAIT timer)设置的时间2MSL后，A才进入到CLOSED状态。时间MSL叫做最长报文段寿命。

　　疑问

　　　　为什么A在TIME-WAIT状态必须等待2MSL时间呢？

　　　　（1）为了保证A发送的最后一个ACK报文段能够达到B。这个ACK报文段有可能丢失，因而使处在LASK-ACK状态的B收不到对己方发送的FIN+ACK报文段的确认。B会超时重传这个FIN+ACK报文段，而A就能在2MSL时间内收到这个重传的FIN+ACK报文段。接着A重传一次确认，重新启动2MSL计时器。最后，A和B都正常进入到CLOSED状态。

　　　　（2）防止已失效的连接请求报文段，A在发送完最后一个ACK报文段后，再经过时间2MSL，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。

　　保活计时器(keepalive timer)

　　客户端的主机突然出了故障。线程，服务器以后修不能再接受客户发来的数据。服务器不能白白等下去。这就是使用保活计时器。服务器每收到一次客户的数据，就重新设置保活计时器，时间的设置通常是2个小时。若两个小时没有收到客户的数据，就每隔75分钟发送一次探测报文段。若发送10个探测报文段后扔无反应，服务端就认为是客户端出了问题，接着就关闭了这个连接。

TCP连接测试

　　测试工具：Linux服务器，Tomcat服务器，浏览器客户端。

　　测试结果及分析：

　　　　（1）Linux服务器启动Tomcat服务器，Tomcat服务器默认监听8080端口。

　　　　

　　　　（2）使用Tcpdump -X TCP port 8080 对8080端口进行监听

　　　　

　　　　（3）在对TCP开始分析之前，先贴出TCP报文段的头部格式

　　　　

　　　　（4）使用浏览器访问Tomcat服务器，对TCP进行分析，第一次握手：

　　　

　　　　对于上述头部分析：seq序号为9ee1 38a3，此时的ack确认号为0，数据偏移(TCO首部长度)+保留+标记位为a002，转换为二进制得1010000000000010，对照上面的首部格式，可以分析出SYN同步位置1，其余标记位都为0.

　　　　（5）第二次握手　

　　　　此时，seq序号为3d36 f797，ack确认号为9ee1 38a4，对于上一次的请求x=seq，这次的确认号ack=x+1。数据偏移(TCO首部长度)+保留+标记位为a012，转换为二进制得1010000000010010，可以分析得ACK=1，SYN=1。

　　　　（6）第三次握手

　　　　

　　　　此时，seq序号为9ee1 38a4，ack确认号为3d36 f798，对于上一次的请求y=seq，这次的确认号ack=y+1，而这次的seq还是为x+1。数据偏移(TCO首部长度)+保留+标记位为8010，转换为二进制得1000000000010000，可以分析得只有ACK还在置1。