TCP是面向连接的协议，运输连接是用来传送TCP报文段的。运输连接有三个阶段：连接建立、数据传送、连接释放。在TCP连接建立过程中要解决三个问题：

1. 要使每一方知道对方的存在；

2. 要允许双方协商一些参数（如最大窗口值、是否使用窗口扩大选项和时间戳选项以及服务质量等）；

3. 能够对运输实体资源（如缓存大小、连接表中的项目等）进行分配。

TCP连接的建立是采用客户服务器方式。主动发起连接建立的应用进程叫做客户（client），而被动等待连接建立的应用进程叫做服务器（sever）。

1 TCP的连接建立

假定主机A运行的是TCP客户程序，而B运行的是TCP服务器程序。最初两端的TCP都是处于CLOSED状态。A主动打开连接，B被动打开连接。

B的TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，准备接受客户进程A的请求。然后服务器出于LISTEN状态，等待客户A的连接请求。

1. A的客户端进程首先创建TCB，然后向B发送连接请求报文段。这时首部中的同不好SYN = 1，同时选择一个初始序号seq = x。TCP规定，SYN（SYN = 1）报文段不能携带数据，但是要消耗一个序号。这时客户机A进入同步已发送状态（SYN-SENT）。
2. B收到连接请求的报文段后，如果同意建立连接，则向A发送确认。在确认报文段中应当把SYN和ACK的值都置为1，确认号是ack = x + 1，同时也为自己初始化一个序号seq = y。注意该报文也不能携带数据，但是需要消耗掉一个序号。此时TCP服务器进程进入同步收到状态（SYN-RCVD）。
3. TCP客户进程收到服务器端的确认后，还要想B发送确认。报文段的ACK置为1，确认号ack = y + 1，而自己的序号为seq = x + 1。TCP的标准规定，ACK报文段可以携带数据，如果不携带数据则不消耗序号，在这种情况下，下一个报文段的序号仍是seq = x + 1.这时TCP连接已经建立，此时A已经进入ESTABLISHED状态。当B收到确认后，也进入ESTABLISHED状态。

至此，A与B已经建立连接，我们称作“三次握手”或者“三次联络”。

2 TCP的连接释放

当数据传输结束后，通信的上方都可以释放连接。现在A和B都处于ESTABLISHED状态。

1. A的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段，然后停止发送数据，主动关闭TCP连接。A的连接释放报文段把FIN置为1，其序号为seq = u，它等于前面已传送过的最后一个字节的序号加1。此时A进入FIN-WAIT-1状态，等待B的确认。TCP规定，FIN不携带数据，但是要消耗掉一个序号。
2. B收到连接释放报文段后向A发出确认，确认号是ack = u + 1,这个报文段自己的序号是v，等于B前面已传送数据的最后一个字节的序号加1。然后B进入CLOSE-WAIT状态。TCP服务器进程这时通知高层应用进程，因而从A到B这个方向的连接就释放了，这时TCP的连接处于半关闭状态，即A已经没有数据向B发送了，但是若B仍要发送数据，A依旧要接受。也就是说从B到A这个方向的连接并未关闭。
3. A收到来自B的报文段后进入FIN-WAIT-2状态，等待B的连续释放报文。
4. 如果B已经没有数据向A发送了，其应用进程就会通知TCP释放连接。这时B发送连续确认报文段必须使FIN = 1，现在B的序号为w（在半关闭状态，B可能又发送了一段数据）B还必须重复已经发送过的确认号ack = u + 1。这时B进入了LAST-ACK状态，等待A的确认。
5. A在收到B的报文段后进行确认，其确认号为w + 1（TCP规定，FIN报文段需要消耗一个序号），其自己的序号为seq = u + 1。然后进入到TIME-WAIT状态。这时需要注意的是TCP连接还没有释放掉，必须经过时间等待计时器（TIME-WAIT timer）设置的2MSL（Maximum Segment Lifetime）,A才进入关闭状态。MSL叫做最大报文段寿命。

上述的TCP的释放过程我们称为四次握手。

在Cisco Packet Tracer 下配置了一台主机和服务器，通过主机浏览器访问服务器上的资源，详细描述TCP的运输连接。运输连接有三个阶段：连接建立，数据传送，连接释放。

建立连接（三握手）

一.通过本机的浏览器向服务器发起请求

注：数据长度是24说明该请求报文段的总长度是24，因为请求报文段不携带数据，所以这24字节就是首部的长度（TCP报文段的首部是由20字节的固定首部和最长可达40字节的选项部分构成），这里是最大3字节的MSS容量（每个tcp报文段数据字段的最大长度）和1字节的填充，使用填充是为了是整个首部长度能被4字节整除。

来看一下要发送的数据的流向

1.数据到达运输层，封装成TCP报文段

sequence number(序号)：在一个tcp连接传送的字节流中的每一个字节都按顺序编号，起始序号必须在连接建立时设置，首部中的序号字段指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号**。这里为0，实际中是个随机值**
acknowledgement number (确认号)：是期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。这里为0.对本报文段没有意义，因为本报文段不是一个确认报文段
offset（数据偏移） ：指出tcp报文段的数据起始处离tcp报文段的起始处有多远，实际上指出了tcp报文段的首部长度。
reserved（保留）：为0，保留为今后使用
flags：占6位，表示六种不同的控制位，用来说明本报文段的性质。
URG
ACK：在建立连接后所有传送的报文段都必须把ack置为1
PSH：若发送方报文段置为1说明了两个应用进程进行交互式通信时，告诉接收方尽快交付接受应用进程，不必等待缓存满了再上交
RST
SYN:这里=1说明这是一个请求连接报文段
FIN

2.数据到达第三层网络层后，封装IP数据报

1. 源IP地址未指定。设备将其设置为该端口的IP地址。
2. 目的IP地址与源IP地址在同一子网。设备把下一跳设置为目的IP地址。
   3.到达第二层数据链路层，封装成以太网帧
   
3. 下一跳IP地址是一个单播地址。ARP进程在ARP表中查找它。
4. 下一跳IP地址在ARP表中。ARP进程设置帧的目的MAC地址为该IP地址在缓存中对应的MAC地址。
5. 设备将PDU封装到一个以太网帧中。
   4.到达第一层物理层
6. FastEthernet0发送帧。

二.服务器收到请求，并发送确认

来看一下接受到的数据的流向

数据到达第一层物理层

1. FastEthernet0接收帧。
   上传至第二层
2. 该帧的目的MAC地址与接收端口的MAC地址、广播地址、或者多播地址匹配。
3. 设备从一个以太网帧中解封出PDU。
   上传至第三层
4. 数据包的目的IP地址与设备的IP地址或广播地址匹配。设备解封该数据包。
   到达第二层，解析该报文段是tcp连接请求报文段
5. 设备在服务器端口80上接收到一个TCP SYN报文段。
6. Received 报文段信息： 序号 0，ACK号 0，数据长度 24。
7. TCP从TCP报文段首部中的最大报文段选项中获取到的MSS值为1460字节。
8. 连接请求被接受。
9. 设备设置连接状态为SYN_RECEIVED。

然后发送确认报文段，在运输层封装成TCP报文段

1. TCP可接受的最大窗口值为16384字节。
2. TCP添加“最大报文段容量MSS”选项到TCP SYN-ACK的首部，其值等于536字节。
3. 设备发送一个TCP SYN+ACK报文段。
4. Sent 报文段信息： 序号 0（这是服务器为自己选择的初始序号，实际是个随机值），ACK号 1（表明这是个确认报文段），数据长度 24。
   

三.客户端收到确认,状态为established，并向服务器回应 ，服务器收到确认，服务器端状态为established

客户端收到确认,状态为established

数据到达运输层后解封，知道这是一个tcp连接请求确认报文段

开始发送确认报文段

1. 设备发送一个TCP ACK报文段。
2. Sent 报文段信息： 序号 1（之前是0），ACK号 1（表明是对确认报文段的确认），数据长度 20。（因为前面发送请求是已经消耗一个序号，这里序号从1开始）
   

服务器收到确认，服务器端状态为established

数据传送

一.主机发送会话内容

二.服务器收到数据，解封TCP，并把资源响应客户端

1. 设备在与(IP地址192.168.0.1, 端口1045)的连接上接收到一个TCP PUSH+ACK报文段。（这里push=1，服务器尽快交付应用程序）
2. Received 报文段信息： 序号 1（之前发送的确认报文段不携带数据，也不消耗序号），ACK号 1（对之前收到的请求确认报文段又重复确认），数据长度 100。
3. TCP报文段具有所期望的对等序号。
4. TCP处理负载数据。
5. TCP重新组装所有数据段并传递给更高层。
   开始封装成TCP报文段响应客户端
6. Sent 报文段信息： 序号 1，ACK号 101，数据长度 471。
   

三.客户端收到响应

报文段首部序号字段为1，因为服务器之前发送确认报文段要消耗一个序号，当时为0且不携带数据。
确认号101，说明已收到100字节，并且希望客户端发送请求的下一个字节序号是101
数据长度表明该tcp报文段数据总长471个字节
此时可以开始会话。

释放连接

一.客户端先发送连接释放报文段（进入FIN-WAIT-1状态）给服务器

报文段序号为1：之前发送请求报文的序号为1 ，长度为100
确认号472：对收到的tcp响应报文段的确认，那个报文段序号为1，长度为471

二.服务器收到，然后主动发送一次释放请求（进入close_wait状态）

由上图可知，此时服务器没有数据要发送给主机了，进入最终确认状态（LASK_ACK）
与理论上有所不同：理论上，处于关闭等待（close_wait）的服务器还有数据要发送给主机。
现在处于最终确认状态的服务器还要发送tcp连接释放报文段

三.客户端接收（客户端关闭连接CLOSING状态），发送一个普通的确认报文段

closing状态，必须经过时间等待器设置的时间2MSL后才进入到closed状态
原因：1.保证客户端发送的最后一个ack确认报文段(这个确认报文段是对服务器发送的连接释放的确认)能够到达服务器。
若服务器没有收到确认，它就会超时重传这个释放报文段，而客户端就能在2MSL时间内收到并发出确认，同时重新启动2MSL计时器。
2.防止已失效的连接请求报文段出现在本连接。2MSL后，使本连接持续时间内所产生的的所有报文段从网络中消失，这样下一个新的连接中不会出现旧的连接请求报文段。

四.服务器只要收到确认，服务器关闭连接(进入closed状态)

服务器结束的时候要比客户端早。一段时间后，主机的tcp也会进入closed状态，那是tcp连接释放报文段才算真正结束！！！

目录

TCP连接的三个阶段

TCP连接建立时要解决的问题

TCP连接的建立方式

TCP的连接建立

TCP连接建立的几个问题

TCP的连接释放

TCP的有限状态机

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TCP连接的三个阶段

TCP是面向连接的协议

TCP连接有三个阶段：

1.连接建立

2.数据传送

3.连接释放

TCP连接的管理就是使TCP连接的建立和释放都能正常地进行

TCP连接建立时要解决的问题

• 要使每一方能够确知对方的存在
• 要允许双方协商一些参数（如最大窗口值、是否使用窗口扩大选项和时间戳选项以及服务质量等）
• 能够对运输实体资源（如缓存大小、连接表中的项目等）进行分配

TCP连接的建立方式

客户服务器方式

主动发起连接建立的应用进程叫做客户(client)

被动等待连接建立的应用进程叫做服务器(server)

TCP的连接建立

TCP建立连接的过程叫做握手
握手需要在客户和服务器之间交换三个TCP报文段。称之为三报文握手（三次握手)
采用三报文握手主要是为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了，因而产生错误

 

TCP连接建立的几个问题

1.两边发起同一连接，是否会建立两个连接？

答：

2.出现延迟的重复请求，是否会重复连接？

答：不会

第一个TPDU在主机1毫不知情的情况下到达主机2，主机2通过向主机1发送一个接收连接TPDU来响应该TPDU,实际上与主机1进行证实，主机1拒绝该连接请求，主机2意识到收到延迟TPDU的欺骗，放弃

问题3：出现延迟的重复请求和重复应答，是否还会建立连接

TCP的连接释放

数据传输结束后，通信的双方都可释放连接

TCP连接释放过程是四报文握手

  为了保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B，A必须等待2MSL的时间，同时防止已失效的连接请求报文段出现在本连接中。

TCP的有限状态机