简单掌握Linux下的TCP连接

1. TCP连接简介

在计算机网络中,TCP(Transmission Control Protocol)是一种可靠的、面向连接的、基于字节流的传输层协议。它提供了在网络上两个应用程序之间可靠的、有序的、双向的字节流传输。TCP连接是通过进行三次握手建立的。

三次握手是指在建立TCP连接的时候,客户端和服务器之间进行的一系列交互。下面是三次握手的过程:

1.1 客户端发送SYN报文

客户端向服务器发送一个含有SYN标志位的TCP报文,这个报文用来请求建立连接。客户端会为这个连接分配一个随机的序列号作为初始序列号。

SYN = 1 // SYN标志位设置为1

seq = x // 客户端随机生成的初始序列号

1.2 服务器发送SYN-ACK报文

服务器收到客户端发送的SYN报文后,会为该连接分配一个新的序列号,并且向客户端发送一个含有SYN和ACK标志位的报文,表示连接已经建立。服务器会为这个连接分配一个随机序列号作为初始序列号。

SYN = 1 // SYN标志位设置为1

ACK = 1 // ACK标志位设置为1

seq = y // 服务器随机生成的初始序列号

ack = x + 1 // 客户端初始序列号+1

1.3 客户端发送ACK报文

客户端收到服务器发送的SYN-ACK报文后,会向服务器发送一个含有ACK标志位的报文,表示连接已经建立。客户端也会为这个连接分配一个随机序列号作为初始序列号。

ACK = 1 // ACK标志位设置为1

seq = x + 1 // 客户端初始序列号+1

ack = y + 1 // 服务器初始序列号+1

三次握手完成后,TCP连接就建立起来了,双方可以开始进行数据的传输。

2. TCP连接的状态

在TCP连接过程中,连接的状态会发生变化。下面是TCP连接的一些常见状态:

2.1 Listen

在服务器端等待客户端连接时,连接的状态为Listen。服务器进入Listen状态后,会监听指定的端口,等待客户端发起连接请求。

2.2 SYN_SENT

当客户端发起连接请求后,客户端的连接状态为SYN_SENT。在SYN_SENT状态下,客户端向服务器发送SYN报文。

2.3 SYN_RECEIVED

当服务器收到客户端的SYN报文后,服务器的连接状态变为SYN_RECEIVED。服务器会为这个连接分配一个新的序列号,并向客户端发送SYN-ACK报文。

2.4 ESTABLISHED

当客户端收到服务器的SYN-ACK报文后,客户端的连接状态变为ESTABLISHED。此时,客户端向服务器发送ACK报文以确认连接已建立。

2.5 CLOSE_WAIT

当服务器收到客户端发送的ACK报文后,服务器的连接状态变为CLOSE_WAIT。此时,服务器已经接受了客户端的关闭请求,但服务器还没有发送关闭请求。

2.6 LAST_ACK

当服务器准备关闭连接时,服务器的连接状态变为LAST_ACK。服务器向客户端发送关闭请求,并等待客户端发送ACK报文。

2.7 TIME_WAIT

当服务器发送关闭请求后,服务器的连接状态变为TIME_WAIT。服务器会等待一段时间,确保客户端收到了关闭请求的ACK报文。在这个时间段内,服务器会继续发送ACK报文进行确认。

2.8 CLOSED

当客户端发送ACK报文后,客户端与服务器的连接断开。此时,连接状态变为CLOSED。

3. TCP连接的终止

在完成数据传输后,TCP连接需要终止。TCP连接的终止也是通过进行一系列的交互来完成的,这个过程称为四次挥手。

3.1 客户端发送FIN报文

当客户端希望终止连接时,客户端会发送一个含有FIN标志位的TCP报文,表示客户端没有数据要发送了。

FIN = 1 // FIN标志位设置为1

seq = m // 客户端当前的序列号

3.2 服务器发送ACK报文

服务器收到客户端的FIN报文后,服务器会发送一个含有ACK标志位的报文进行确认。服务器需要等待所有数据都被接收完毕后,才能发送ACK报文。

ACK = 1 // ACK标志位设置为1

seq = n // 服务器当前的序列号

ack = m + 1 // 客户端的序列号+1

3.3 服务器发送FIN报文

服务器发送ACK报文后,服务器会关闭数据传输通道,并发送一个含有FIN标志位的报文告知客户端服务器不再发送数据。

FIN = 1 // FIN标志位设置为1

seq = p // 服务器当前的序列号

ack = m + 1 // 客户端的序列号+1

3.4 客户端发送ACK报文

客户端收到服务器发送的FIN报文后,客户端发送一个含有ACK标志位的报文进行确认。

ACK = 1 // ACK标志位设置为1

seq = m + 1 // 客户端的序列号+1

ack = p + 1 // 服务器的序列号+1

双方发送完ACK报文后,TCP连接就终止了。双方都能够安全地关闭连接,不会出现数据丢失的情况。

4. 总结

TCP连接是计算机网络中非常重要的一部分。在建立连接和终止连接的过程中,TCP协议通过三次握手和四次挥手来保证数据传输的可靠性。理解TCP连接的工作原理对于进行网络编程和进行网络调试都非常重要。希望本文的介绍对您有所帮助。

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