TCP连接的握手和挥手

 

1、基础

前言

Internet最早来源于美国国防部ARPANet,1969年投入运行,到现在已有很长一段路了,各位想要了解发展史可以百度下,这里就不多说了。

现如今当我们想要获取一些资料,首先是打开某个浏览器,在地址栏输入地址,想要的信息出现在你的面前。

大家有没有想过输入地址就能返回给你想要的信息是怎么实现的呢?

下面就来简单说下它的实现流程,不过在这之前先来了解下HTTP基本概念如下

1.1 概述-网络编程原型

网络编程的基本模式就是Client-Server模型,两个进程进行通信,由服务端提供位置信息,包括绑定的ip地址和监听端口,客户端通过链接操作向服务端监听的地址发起连接请求,通过三次握手建立连接,如果连接成功,双方就可以通过网络套接字(sockt)进行通信

HTTP基本概念

1.2 TCP报文格式

TCP/IP协议的详细信息参看《TCP/IP协议详解》三卷本。下面是TCP报文格式图:

图片 1

图1-tcp报文格式

      上图中有几个字段需要重点介绍下:

        (1)序号:Seq序号,占32位,用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流,发起方发送数据时对此进行标记。

        (2)确认序号:Ack序号,占32位,只有ACK标志位为1时,确认序号字段才有效,Ack=Seq 1。

        (3)标志位:共6个,即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等,具体含义如下:

                (A)URG:紧急指针(urgent pointer)有效。

                (B)ACK:确认序号有效。

                (C)PSH:接收方应该尽快将这个报文交给应用层。

                (D)RST:重置连接。

                (E)SYN:发起一个新连接。

                (F)FIN:释放一个连接。

在这引用http://www.zsythink.net/archives/76

这是一篇为初学者准备的文章,所以作者会尽量从基础出发,尽量细致的描述每一个细节,以求让初学者不会一头雾水,有一定基础的同学就不用看了,以免浪费你的时间。

 

假设博主今天春心荡漾,想要访问一些不可描述的小网站,于是,博主悄悄的打开了浏览器,在浏览器的地址栏中输入了一个小网站的网址,

此处假设这个小网站的网址为 www.zsythink.net ,当博主输入了这个网址以后,浏览器中就显示了博主想要看到的内容,整个过程如下图所示。

   图片 2

2-三次连接原理

那么,浏览器返回给我们的内容是怎么产生的呢?

这些内容肯定不是凭空产生的,而是有人为我们准备了这些内容,当我们在浏览器的地址栏中输入网址以后,

这些提前准备好的内容即可返回到浏览器中,以便有需要的人能够查看到这些内容,

而查看这些内容的人就是我们平常所说的"客户",客户往往会通过"客户端程序"去请求、查看这些内容,

我们最常使用的客户端程序就是浏览器了,所以,在之后的http相关的文章中,

如果没有特别说明,我们所说的"客户端"就是指"浏览器",我们使用客户端去查看我们想要的内容,

而提供内容的一端被称为"服务端",当作为客户时,我们需要在电脑上安装客户端软件(即浏览器),

通过客户端软件查看我们想要的内容,而作为提供内容的人,也需要在服务端的计算机上安装对应的软件,

才能为我们提供服务,而服务端的计算机就是我们常说的"服务器",安装在服务器上的、为我们提供内容的软件被称之为"web服务器软件"。

 

2.1 原理

图片 3

2.1 三次握手

第一次握手:主机A发送位码为syn=1,随机产生seq number=1234567的数据包到服务器,主机B由SYN=1知道,A要求建立联机;

 第二次握手:主机B收到请求后要确认联机信息,向A发送ack number=(主机A的seq 1),syn=1,ack=1,随机产生seq=7654321的包;

 第三次握手:主机A收到后检查ack number是否正确,即第一次发送的seq number 1,以及位码ack是否为1,若正确,主机A会再发送ack number=(主机B的seq 1),ack=1,主机B收到后确认seq值与ack=1则连接建立成功。

 完成三次握手,主机A与主机B开始传送数据。

所以,综上所述,我们可以了解到如下名词

注:如下名词的解释均针对http而言,在后面的文章中我们会解释什么是http,此处不用纠结

客户端:客户端通常是指浏览器,比如谷歌浏览器、火狐浏览器、IE等,浏览器安装在客户使用的电脑上,所以,在描述http时,客户端通常也代指那些安装了浏览器的电脑。

服务端:服务端通常是指那些安装了"web服务软件"的计算机,这些服务端的计算机被称为服务器。

 

没错,聪明如你一定想到了,说白了,客户端与服务端就是两台电脑,分别安装了不同的软件,服务端提供内容,客户端查看内容。图片 4

 

所以,当我们访问网页时,大致的过程如下图所示。

 

图片 5

 

客户端与服务端既然能够通讯,那么证明它们之间一定是通过某种方法进行沟通的,就像你我之间能够进行沟通一样。

2.2 为什么是三次?

本质:信道不可靠, 但是通信双发需要就某个问题达成一致. 而要解决这个问题, 无论你在消息中包含什么信息, 三次通信是理论上的最小值.

举例:client发送的syn消息出现延迟,而已经有新的syn到达

举例说明

你和我都说汉语,所以,当我说"苹果"这个词的时候,你就会想到一种水果,或者想到一个手机品牌,

但是当我对一个美国人说"苹果"两个字时,他可能并不能理解我在说什么,因为他可能听不懂汉语,

如果我想要对他表达"苹果"这个词,我需要说"Apple",他才会明白我说的是什么,当我跟你聊天时,我们都说汉语,

当两个美国人聊天时,他们都说英语,这样,才能有效的沟通,总之,如果想要能够顺畅的沟通,

沟通双方都必须遵守相同的协议,我们可以把汉语理解成一种协议,把英语也理解成一种协议,

只要沟通双方都遵守相同的协议,双方就能够顺畅的沟通,只要沟通双方都遵守相同的协议,双方就能够理解对方想要做什么。

当然,之所以拿汉语、英语举例,是为了让初学者能够更加容易的理解"协议"这个词,但是请不要错误的以为"协议"就是"语言",

之所以拿语言举例,是为了方便理解,说白了,"协议"可以理解为某种规则或者某种约定,

只要大家都严格按照这种约定行事,世界就会正常的运转,比如"红灯停,绿灯行"也可以理解为一种协议,

比如在马路上都要靠右行驶(在中国),也是一种协议,比如在小饭馆,你给老板人民币,老板给你对应的餐食,

也是一种协议,"协议"的概念稍微有一些抽象,稍微有一些宽泛,此处大概有一个印象即可,在学习的过程中,我们自己就会慢慢的理解它了。

 

客户端与服务端之间,也需要遵守某些相同的协议,才能够顺畅的通讯,细心如你一定注意到了,我说的是"某些"协议,也就是说,双方要遵守的协议不止有一种,它们需要同时遵守多种协议,才能够正常的完成整个通讯过程。

 

比如http协议,刚才已经说过,不同的"层面"中,需要使用不同的协议,http协议就是应用层的一种协议,http协议是什么意思呢?

http是HyperText Transfer Protocol的缩写,HyperText Transfer Protocol译为"超文本传输协议"。

从字面上理解,这种协议是用来传输"超文本"的,我们可以暂且粗暴的将"超文本"理解成我们所谓的"网页"(这样并不准确,但是方便理解),那么,我们可以将http协议理解为一种"网页传输协议"。

4-四次挥手原理

一次完整的HTTP请求过程

4.1 原理

图片 6

4.1 四次挥手示意图

1、当主机A确认发送完数据且知道B已经接受完了,想要关闭发送数据口(当然确认信号还是可以发),就会发FIN给主机B。

2、主机B收到A发送的FIN,表示收到了,就会发送ACK回复。

3、但这是B可能还在发送数据,没有想要关闭数据口的意思,所以FIN与ACK不是同时发送的,而是等到B数据发送完了,才会发送FIN给主机A。

4、A收到B发来的FIN,知道B的数据也发送完了,回复ACK, A等待2MSL以后,没有收到B传来的任何消息,知道B已经收到自己的ACK了,A就关闭链接,B也关闭链接了。

A为什么等待2MSL,从TIME_WAIT到CLOSE?

 在Client发送出最后的ACK回复,但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK,将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭,它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器,等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN,那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum

Segment

Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间,2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL,Client都没有再次收到FIN,那么Client推断ACK已经被成功接收,则结束TCP连接。

web服务请求处理步骤

图片 7

4.2为什么是四次?

这是因为服务端在LISTEN状态下,收到建立连接请求的SYN报文后,把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时,当收到对方的FIN报文时,仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据,己方也未必全部数据都发送给对方了,所以己方可以立即close,也可以发送一些数据给对方后,再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接,因此,己方ACK和FIN一般都会分开发送。

HTTP服务通信过程

图片 8

5、一个段子收尾

三次握手:

A:“喂,你听得到吗?”A->SYN_SEND

B:“我听得到呀,你听得到我吗?”应答与请求同时发出 B->SYN_RCVD | A->ESTABLISHED

A:“我能听到你,今天balabala……”B->ESTABLISHED

四次挥手:

A:“喂,我不说了。”A->FIN_WAIT1

B:“我知道了。等下,上一句还没说完。Balabala…..”B->CLOSE_WAIT | A->FIN_WAIT2

B:”好了,说完了,我也不说了。”B->LAST_ACK

A:”我知道了。”A->TIME_WAIT | B->CLOSED

A等待2MSL,保证B收到了消息,否则重说一次”我知道了”,A->CLOSED

人性化HTTP请求相应图

图片 9

图片来自:理解Http请求与响应

大致如下

域名解析 --> TCP3次握手 --> 发起http请求 --> 服务器响应http请求并传输数据 –>  浏览器解析并渲染呈现给用户 –> TCP4次挥手

域名解析

当用户在浏览器输入https://www.cnblogs.com/时,浏览器会对此域名或主机进行解析,得到对应的IP地址,那么它时怎么进行域名解析的呢?

1、首先先去本机hosts文件查找此FQDN没有没定义的指向所在的IP地址条目,如果找到,就结束解析

2、如果没有找到,回去浏览器器本身DNS缓存里去寻找,找打结束解析

3、没有找到,会去本机配置的首选DNS服务器查询,一般这是三大运营商提供的,通过UTP53端口发起请求,这个请求是递归查询,DNS服务器收到请求后,会查询自身缓存,找到条目并且没有过期,就返回给用户,结束解析。如果没有找到,它会去找根服务器,全球13个根服务器(根服务器地址本机DNS服务器内置),询问根服务器(你知不知道一个域名叫“www.cnblogs.com”的IP地址),根回复说,(我不知道此域名的IP地址,但我知道com域的IP地址,你去询问它吧),于是运行商提供的DNS服务器就去询问com这个域,(你知不知道一个叫“www.cnblogs.com”域名IP地址),com域回答你说,(我不知道此域名的IP地址,但我知道“cnblogs.com域的IP地址,你去问他吧“),这是运行商DNS服务器,对cnblogs.com域发起请求询问,(你知不知道一个叫”www.cnblogs.com“域的IP地址,它一查,发现此域,就是它负责的,就会对你说,此域是我负责的,它的IP是X.X.X.X这时运行商DNS服务器拿到地址,就会返回客户主机内核,内核再返回给浏览器,到此解析结束,进行下一步。

当然这里面还要涉及到IP –> MAC(物理地址)的解析

TCP3次握手

浏览器拿到域名对应的IP后,会拿一个随机端口向WEB服务程序80端口发起TCP请求链接

图片 10

备注:

SYN(synchronous建立联机)

ACK(acknowledgement 确认)

PSH(push传送)

FIN(finish结束)

RST(reset重置)

URG(urgent紧急)

Sequence number(顺序号码)

Acknowledge number(确认号码)

举例

A : 你好我是A,你能听得到我说话吗?

B : 听到了,我是B,你能听到我说话吗?

A : 可以,听到了

好建立连接,开始聊天!

过程

第一次握手:建立连接,客户端将SYN标记为1,seq标记为x,并将SYN包发送到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认;

第二次握手:服务器收到SYN,知道客户端要建立链接,同时向客户端也发送一个SYN包(SYN=1)和一个ACK包(ACK=1),随机产生一个数seq=y,ack=x 1(客户端的seq值x加1),来确认客户端的SYN,并进入SYN_RECV;

第三次握手:客户端收到服务器发来的SYN ACK后,确认ack值,并回复服务器端一个ACK确认,发送完毕后,双方进入ESTABLISHED状态。

三次握手成功后,开始传输数据。

一个完整的三次握手也就是 请求---应答---再次确认

链接建立成功后,就要开始下一步,传输数据

 

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