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通俗大白话来理解TCP协议的三次握手和四次分手

用通俗语言来详细讲解TCP协议的三次握手和四次分手的整个过程。

最近在恶补计算机网络方面的知识,之前对于TCP的三次握手和四次分手也是模模糊糊,对于其中的细节更是浑然不知,最近看了很多这方面的知识,也在系统的学习计算机网络,加深自己的CS功底,就把看过的一些比较好的东西和自己的一些理解二次加工组织一下然后交流分享,一起学习进步,对了这个面试好像经常问到。

通俗理解:

 

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但是为什么一定要进行三次握手来保证连接是双工的呢,一次不行么?两次不行么?我们举一个现实生活中两个人进行语言沟通的例子来模拟三次握手。

引用网上的一些通俗易懂的例子,虽然不太正确,后面会指出,但是不妨碍我们理解,大体就是这么个理解法。

第一次对话:

老婆让甲出去打酱油,半路碰到一个朋友乙,甲问了一句:哥们你吃饭了么?

结果乙带着耳机听歌呢,根本没听到,没反应。甲心里想:跟你说话也没个音,不跟你说了,沟通失败。说明乙接受不到甲传过来的信息的情况下沟通肯定是失败的。

如果乙听到了甲说的话,那么第一次对话成功,接下来进行第二次对话。

第二次对话:

乙听到了甲说的话,但是他是老外,中文不好,不知道甲说的啥意思也不知道怎样回答,于是随便回答了一句学过的中文 :我去厕所了。甲一听立刻笑喷了,“去厕所吃饭”?道不同不相为谋,离你远点吧,沟通失败。说明乙无法做出正确应答的情况下沟通失败。

如果乙听到了甲的话,做出了正确的应答,并且还进行了反问:我吃饭了,你呢?那么第二次握手成功。

通过前两次对话证明了乙能够听懂甲说的话,并且能做出正确的应答。 接下来进行第三次对话。

第三次对话:

甲刚和乙打了个招呼,突然老婆喊他,“你个死鬼,打个酱油咋这么半天,看我回家咋收拾你”,甲是个妻管严,听完吓得二话不说就跑回家了,把乙自己晾那了。乙心想:这什么人啊,得,我也回家吧,沟通失败。说明甲无法做出应答的情况下沟通失败。

如果甲也做出了正确的应答:我也吃了。那么第三次对话成功,两人已经建立起了顺畅的沟通渠道,接下来开始持续的聊天。

通过第二次和第三次的对话证明了甲能够听懂乙说的话,并且能做出正确的应答。

可见,两个人进行有效的语言沟通,这三次对话的过程是必须的。

为了保证服务端能收接受到客户端的信息并能做出正确的应答而进行前两次(第一次和第二次)握手,为了保证客户端能够接收到服务端的信息并能做出正确的应答而进行后两次(第二次和第三次)握手。

这个例子举得挺好的。不过个人感觉为什么是三次而不是二次,不是因为为了证明甲能听懂乙并回应(第二次乙能正确的响应甲说明俩人之间沟通已无障碍了),而是怕出现以下情况而浪费感情。这个情景是这样的(例子有点不实际意会就好):甲在路上跟乙打招呼,由于刮风什么的这句活被吹跑了,然后甲又跟打了个招呼,乙听到了并作出了回应。此时不管是三次握手还是两次握手两个人都能愉快的沟通。0.1秒后俩人四次挥手告别了。此时被风刮跑的那句话又传到了乙的耳朵里,乙认为甲又要跟他沟通,所以做出了响应的回应。(问题出现了)假如采用2次握手,乙就认定了甲要跟他沟通,于是就不停的等,浪费感情。可如果是采用3次握手,乙等了一会后发现甲没有回应他就认为甲走了然后自己也就走了。

这就很明白了,其实第三步是防止了乙的一直等待而浪费自己的时间,而不是为了保证甲能够正确回应乙的信息。。。后面的也会讲到。

HTTP连接

HTTP协议即超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol ),是Web联网的基础,也是手机联网常用的协议之一,HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。

HTTP连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应,在请求结束后,会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

  • 在HTTP 1.0中,客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接,在处理完本次请求后,就自动释放连接。
  • 在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求,并且多个请求可以重叠进行,不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。

由于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接,因此HTTP连接是一种“短连接”,要保持客户端程序的在线状态,需要不断地向服务器发起连接请求。通常 的做法是即时不需要获得任何数据,客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求,服务器在收到该请求后对客户端进行回复,表明知道 客户端“在线”。若服务器长时间无法收到客户端的请求,则认为客户端“下线”,若客户端长时间无法收到服务器的回复,则认为网络已经断开。

SOCKET原理

套接字(socket)概念

套接字(socket)是通信的基石,是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示,包含进行网络通信必须的五种信息:连接使用的协议,本地主机的IP地址,本地进程的协议端口,远地主机的IP地址,远地进程的协议端口。

应用层通过传输层进行数据通信时,TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接,许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应 用层可以和传输层通过Socket接口,区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信,实现数据传输的并发服务。

建立socket连接

建立Socket连接至少需要一对套接字,其中一个运行于客户端,称为ClientSocket ,另一个运行于服务器端,称为ServerSocket 。

套接字之间的连接过程分为三个步骤:服务器监听,客户端请求,连接确认。

服务器监听:服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字,而是处于等待连接的状态,实时监控网络状态,等待客户端的连接请求。

客户端请求:指客户端的套接字提出连接请求,要连接的目标是服务器端的套接字。为此,客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字,指出服务器端套接字的地址和端口号,然后就向服务器端套接字提出连接请求。

连接确认:当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时,就响应客户端套接字的请求,建立一个新的线程,把服务器端套接字的描述发 给客户端,一旦客户端确认了此描述,双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态,继续接收其他客户端套接字的连接请求。

SOCKET连接与TCP连接

创建Socket连接时,可以指定使用的传输层协议,Socket可以支持不同的传输层协议(TCP或UDP),当使用TCP协议进行连接时,该Socket连接就是一个TCP连接。

Socket连接与HTTP连接

由于通常情况下Socket连接就是TCP连接,因此Socket连接一旦建立,通信双方即可开始相互发送数据内容,直到双方连接断开。但在实际网 络应用中,客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点,例如路由器、网关、防火墙等,大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致 Socket 连接断连,因此需要通过轮询告诉网络,该连接处于活跃状态。

而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式,不仅在请求时需要先建立连接,而且需要客户端向服务器发出请求后,服务器端才能回复数据。

很多情况下,需要服务器端主动向客户端推送数据,保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是Socket连接,服务器就可以直接将数 据传送给客户端;若双方建立的是HTTP连接,则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端,因此,客户端定时向服务器端发送连接请求, 不仅可以保持在线,同时也是在“询问”服务器是否有新的数据,如果有就将数据传给客户端。TCP(Transmission Control Protocol) 传输控制协议。

TCP是主机对主机层的传输控制协议,提供可靠的连接服务,采用三次握手确认建立一个连接:

位码即tcp标志位,有6种标示: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)

TCP是什么?

TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

具体的关于TCP是什么,我不打算详细的说了;当你看到这篇文章时,我想你也知道TCP的概念了,想要更深入的了解TCP的工作,我们就继续。它只是一个超级麻烦的协议,而它又是互联网的基础,也是每个程序员必备的基本功。首先来看看OSI的七层模型:

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我们需要知道TCP工作在网络OSI的七层模型中的第四层——Transport层,IP在第三层——Network层,ARP在第二层——Data Link层;在第二层上的数据,我们把它叫Frame,在第三层上的数据叫Packet,第四层的数据叫Segment。 同时,我们需要简单的知道,数据从应用层发下来,会在每一层都会加上头部信息,进行封装,然后再发送到数据接收端。这个基本的流程你需要知道,就是每个数据都会经过数据的封装和解封装的过程。 在OSI七层模型中,每一层的作用和对应的协议如下:

OSI中的层 功能 TCP/IP协议族
应用层 文件传输,电子邮件,文件服务,虚拟终端 TFTP,HTTP,SNMP,FTP,SMTP,DNS,Telnet
表示层 数据格式化,代码转换,数据加密 没有协议
会话层 解除或建立与别的节点的联系 没有协议
传输层 提供端对端的接口 TCP,UDP
网络层 为数据包选择路由 TP,ICMP,RIP,OSPF,BGP,IGMP
数据链路层 传输有地址的帧以及错误检测功能 SLIP,CSLIP,PPP,ARP,RARP,MTU
物理层 以二进制数据形式在物理媒体上传输数据 ISO2110,IEEE802,IEEE802.2

TCP是一个协议,那这个协议是如何定义的,它的数据格式是什么样子的呢?要进行更深层次的剖析,就需要了解,甚至是熟记TCP协议中每个字段的含义。

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