四、面向连接的TCP协议——连接的建立与断开

四、面向连接的TCP协议——连接的建立与断开 0. 引言

在上一节中，以现实中的邮政系统为例，各层的计算机网络协议分别有着对应和特点

计算机网络邮政系统特点物理层马路，航线，水面是真实世界中的载体（机械，电气，功能，过程特性）数据链路层高速路上的快递车司机
城市内的跑腿小哥1. 货物被打包到快递盒内（封装成帧）
2. 啥货物只要打包好都可以送（透明传输）
3. 保证货物不被雨淋损坏（差错控制）
【而且不知道运的是什么，只保证将货物安然无恙的送到目的地】网络层邮政中央调度系统1. 每个片区分配一个唯一的邮政编码（IP地址）
2. 负责规划运输路线（最佳路径）
3. 出错了要及时处理（网际控制）传输层小区内的服务点1. 一个邮政编码的片区里会有多个服务点（一个主机内有多个端口）
2. 服务点与服务点之间传输（点对点）
3. 用户只管寄货，不用管怎么运的（逻辑传输）应用层每个客户各种各样具体的需求，例如生鲜运输冷链，邮报系统…

我们把传输层比作邮政系统内的服务点，而服务点又根据用户的需求将业务分为了两大类：

收发快递——UDP协议信件交流——TCP协议

在本文里我们就来着重分析一下TCP协议。

1. TCP协议的特点

类比与打电话，TCP这种业务的特点在于：

打电话要双方在场，且接通（TCP是面向连接的）打电话只能一对一（TCP是一对一的）打电话双方都能听到对方的所有内容（TCP是可靠交付的）打电话能说也能听（TCP是全双工的）打电话交换的是“话”（TCP是面对数据流）

2. 连接的一生？——如何建立和断开

既然TCP是面向连接的，那问题自然就出来了

如何建立连接？如何断开连接？

2.1 Hello?——连接的建立

连接建立的最基本原则“每一方都能确知对方的存在”。

那一个问题就是：

双方需要最少交谈多少次才能保证这个最基本原则？

接下来，我们就以表白确定恋爱关系的例子探索这个问题

a. 一次交谈——“舔狗的单相思”

就像舔狗的单相思一样，一次交谈显然是不够的。

因为你的女神可能根本不想鸟你（/狗头），啊哈哈哈。

b. 两次交谈——“我孩子都出生了！”

那两次呢？表面看起来女神回复了就可以，但是有一种情况如下：

在这种情况下，很荣幸你女神答应你了！

但是不幸的是… 你孩子都出生了。

所以两次是不够的，这是因为客户端可能会因为超时而退出。

c. 三次交谈——“大功告成”

正如图中所示，三次交谈刚刚好，这样：

双方都能知道对方的态度其中一方也不会因为时间太长而退出

总结：三次握手

所以在连接的建立中，需要三次交谈才能建立最基本的连接，这又被称为三次握手

其三次握手的过程为：

第一次握手：客户端主动发送请求【客户端：我想连接，你在吗？】

主动请求标志：SYN=1客户端序列号：seq=x 第二次握手：服务器端回答客户端【服务器端：久等，我在，可以连接，你还在吗？】

连接建立标志：SYN=1回答标志：ACK=1服务器端序列号：seq=y回答对象：ack=x+1 第三次握手：客户端回答服务器端【客户端：我在我在！】

回答标志：ACK=1客户端序列号：seq=x+1回答对象：ack=y+1

2.2 byebye！——连接的断开

类比于建立连接，最直接的感觉是连接的断开也只需要三次交谈。

但是其实不然，连接与断开的一个区别在于：

断开的时候可能还有资源没有传输完毕（就像情侣分手了但是账还没有算清楚） a. 不提倡的方式

b. 提倡的方式

总结：四次挥手

由于需要所有资源都传输完毕，不同于三次握手，断开连接的时候需要四次挥手。

四次挥手

第一次挥手：客户端发送关闭连接的报文段【客户端：我想关闭】

关闭标志：FIN=1客户端序列号：seq=u 第二次挥手：服务器收到 FIN 报文后，发回确认报文【服务器端：收到了，等一下】

确认标志：ACK=1服务器端序列号：seq=v确认对象：ack=u+1 第三次挥手：服务器发送完所有数据后，会向客户端发送 FIN 报文段【服务器端：好了，传输完了，可以关闭】

关闭标志：FIN=1确认标志：ACK=1服务器序号：seq=w确认对象：ack=u+1 第四次挥手：客户端收到来自服务器的 FIN 报文段后，向服务器发送 ACK 报文【客户端：好了，明白，拜拜】

确认标志：ACK=1客户端序号：seq=u+1确认对象：ack=w+1