TCP三次握手和四次挥手

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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:

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。

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。

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:

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。

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。

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。

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.

 

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