TCP 链接管理

概述

  TCP是面向链接的协议。运输链接是用来传输报文的。运输链接的创建和释放在每一次通讯中是必不可少的内容。所以运输链接分为三个阶段：创建链接、传输数据和释放连接。运输管理就是保证每一步都能正常运行。

在TCP 链接的创建过程主要解决三个问题：

1. 要使每一方都可以知道对方的存在
2. 要容许双方协商一些参数（如窗口最大值、是否使用窗口扩大选项和时间戳等）
3. 可以对运输实体资源（如缓存大小、链接表中的项目等）进行分配。

1、TCP 链接的创建

TCP 的链接创建，咱们经常称为三次握手。

A：您好，我是A。

B：您好，我是B

A：您好B。

链接过程

假设A 为客户端（上图左），B 为服务端（右）

1. 一开始A、B 均为关闭状态。B先开启服务器，创建传输控制块TCB。准备接受链接请求，而后处于LISTEN 状态。等待用户链接请求并做出响应。

TCB:（Transmission Control Block，存储了每个链接中的一些重要信息，如：TCP 链接表，指向发送和接受缓存的指针，指向重传队列的指针，当前发送和接受序号等等）

2. A 也是先建立链接控制模块TCB 。而后A 向B 发送请求报文段，这时首部中的同部位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。而后客户端进入SYN-SEND （同步已发送）状态。
3. B 接受到A 的链接请求后，若是赞成链接须要给S 发送确认。确认报文段ACK 置为1，确认号ack = x+1，同时选择一个本身的初始序号seq = y。请注意这个报文段也不能传输数据，但也要消耗一个序号。这是B 进入SYN-RCVD （同步收到）状态。
4. A 收到B 的确认后，须要发送一个确认给B。确认报文段ACK 置为1，确认号ack = y + 1，而本身的序号seq = x + 1，。TCP 规定，ACk 报文段能够添加数据。但若是没有添加数据则不消耗序号。这时，TCP 链接已经创建，A 进入ESTABLISHED （已经创建链接）状态。
5. B 收到 A 的确认也进入ESTABLISHED （已经创建链接）状态。

为何TCP 是三次握手？

假设A B 只用两次握手就创建链接。

当A 第一次发送给B 链接请求时，若是迟迟得不到回应，A会再次发送链接请求。那么如今网络中有两次请求，通常状况下第一次请求挂掉了，那么B 收到第二次请求，而后回应A，链接创建，没毛病。可是第一次请求可能只是滞后了，假设AB断开链接后，B 又收到了第一次请求，又会尝试创建链接，可是A 会以为本身没有尝试创建链接，从而拒绝B。由于是两次握手，B 会觉得本身已经创建链接了，等待A 发送数据，白白浪费资源。

三次握手就不会出现这个问题，B 在发送确认后，得不到A 的确认，就会知道这是个过期的请求，知道A 没有要求创建链接。

2、TCP 链接释放

好了，说完了链接，接下来讲一说“拜拜”，好说好散。这常被称为四次挥手。

A：B 啊，我不想玩了。

B：哦，你不想玩了啊，我知道了。

这个时候，还只是 A 不想玩了，也即 A 不会再发送数据，可是 B 能不能在 ACK 的时候，直接关闭呢？固然不能够了，，颇有可能 A 是发完了最后的数据就准备不玩了，可是 B 还没作完本身的事情，仍是能够发送数据的，因此称为半关闭的状态。

这个时候 A 等待 B 也主动关闭。

B：A 啊，好吧，我也不玩了，拜拜。

A：好的，拜拜。

释放连接的过程

首先AB 都处于ESTABLISHED 状态

1. A 先发送链接释放报文段，并中止发送数据，主动关闭TCP 链接。A 把连接释放报文段首部的停止控制位FIN 置为1 ，其序号为seq = u（等于前一个传输数据的序号+1）。这是A 进入 FIN-WAIT-1（终止等待链接1）状态，等待B 的确认。TCP规定，FIN 报文段即便不携带数据，也会消耗一个序号。
2. B 收到A 的链接释放报文段后发出确认。确认号ack = u + 1，而报文段本身的序号seq = v(等于前一个传输数据的序号+1)。而后B 进入CLOSED-WAIT（关闭等待）状态，这是A->B方向的链接就已经断开了，TCP 链接处于半关闭状态.
3. A 收到B 的确认后，进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待B 发送释放报文段。
4. 若B 发送完数据后，向A 发送TCP 释放报文段。FIN 置为1 ，先假设序号seq = w （B可能又发送了一些数据），B 还必须重复上次已经发送的确认号ack = u + 1。这是B 进入LAST-ACK（最后确认）状态，等待A 的确认。
5. A 在收到链接释放报文段后发送确认。在确认报文段中把ACK 置为1 ，确认号ack = w + 1，而本身的序号seq = u + 1(TCP 规定，前面发送过的FIN 报文段要消耗一个序号)。而后进入到TIME-WAIT（时间等待）状态。
6. 如今TCP 链接尚未断掉。必须通过时间等待计时器（TIME-WAIT time）设置的2MSL时间事后，A 才进入到CLOSED 状态。

MSL(Maximum Segment Lifetimr)最长报文生存时间，RFC793 建议为2 分钟。

7. B 收到A 的ACK 后进入CLOSED 状态

为何A 在TIME-WAIT 必须等待2MSL时间？

1. 为了保证A 发送的最后一个ACK 报文段可以到达B。
2. 防止已失效的链接请求报文段出如今本连接中。A 在发送完最后一个ACK 后，在通过2MSL 的等待时间能够保证本连接持续时间内发送的报文在网络中消失。这样就不会出现旧链接请求出如今新链接请求里面的状况

TCP 保活计时器

除了时间等待器外，TCP 还设有一个保活计时器（keepalive timer）。

当客户与服务器创建了链接，而客户出现故障没法响应客户端时，服务器就会发一个探测报文，75秒发一个，若连续发10 个客户端都没响应，则服务器端自动关闭链接。保活计时器默认为2 个小时，每收到一次请求刷新。

TCP 状态机

参考资料

• 极客时间：《趣谈网络协议》
• 《计算机网络》