一、TCP的运输连接管理
TCP是面向连接的协议。运输连接是用来传送TCP报文的。TCP运输连接的建立和释放是每一次面向连接的通信中必不可少的过程,运输连接有三个阶段,即:连接建立,数据传送和连接释放。运输连接的管理就是使运输连接的建立和释放都能正常的进行。
在TCP连接建立过程中要解决以下三个问题:
(1)要使每一方都能够确知对方的存在。
(2)要允许双方协调一些参数(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)能够运输实体资源(如缓存大小、连接表中的项目等)进行分配。
TCP的建立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)。
二、TCP的连接建立
上图所示为TCP建立连接的过程。假定主机A运行的是TCP客户程序,而B运行TCP服务器程序。最初两端的TCP都处于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TCP,准备接受客户进程的连接请求。然后服务器进程就处于LISTEN状态,等待客户的连接请求。如有,即作出响应。
A的TCP服务器进程也是首先创建传输控制模块TCP,然后向B发出连接请求报文段,这是首部中的同部位SYN=1,同时选择一个初始序号seq=x.TCP规定,SYN报文段(即SYN=1的报文段)不能携带数据,但要消耗掉一个序号。这时TCP客户进程进入SYN-SENT(同步已发送)状态。
B收到连接请求报文段后,如同意建立连接,则向A发送确认。在确认报文段中应把SYN位和ACK位都置为1,确认号是ack=x+1,同时也为自己选择一个初始序号seq=y。这个报文段也不能携带数据,但同样要消耗掉一个序号。这时TCP服务器进程进入SYN-RCVD(同步已发送)状态。
TCP客户进程收到B的确认后,还要向B给出确认。确认报文段的ACK置1,确认号ack=y+1,而自己的序号seq=x+1。TCP的标准规定,ACK的报文段可以携带数据。但如果不携带数据则不消耗序号,在这种情况下,下一个数据报文段的序号仍是seq=x+1。这时,TCP连接已经建立,A进入ESTABLISHED (已建立连接)状态。
当B收到A的确认后,也进入ESTABLISHED(已建立连接)状态。
以上所示连接建立过程叫做三次握手。
为什么A还要发送一次确认?
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B,因而产生错误。
二、TCP的连接释放
TCP连接释放过程比较复杂,结合双方状态的改变来说明。
数据传输结束后,通信的双方都可释放连接。现在A和B都处于ESTABLISHED状态。A的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段,并停止再发送数据,主动关闭TCP连接。A把连接释放报文段首部的终止控制位FIN置1,期序号seq=u,它等于前面已传送过的数据的最后一个字节的序号加1。这是A进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态,等待B的确认。TCP规定,FIN报文段即使不携带数据,它也消耗掉一个序号。
B收到连接释放报文段后即发出确认。确认号是ack=u+1,而这个报文段自己的序号是v,等于B前面已传送过的数据的最后一个字节的序号加1.然后B就进入CLOSE-WAIT(关闭等待)状态。TCP服务器进程这时应通知高层应用进程,因而从A到B这个方向的连接就释放了,这时TCP连接处于半关闭状态,即A已经没有数据要发送了,但B若发送数据,A仍要接收。也就是说,从B到A这个方向的连接并未关闭,这个状态可能会持续一段时间。
A收到来自B的确认后,就进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态,等待B发出的连接释放报文段。
若B已经没有要向A发送的数据,其应用进程就通知TCP释放连接。这是B发出的连接释放报文段必须使FIN=1。现假定B的序号为w(在半关闭状态B可能又发送了一些数据)。B还必须重复上次已发送过的确认号ack=u+1。这是B就进入LAST-ACK(最后确认)状态,等待A的确认。
A在收到B的连接释放报文段后,必须对此发出确认。在确认报文段中把ACK置1,确认号ack=w+1,而自己的序号是seq=u+1(FIN要消耗一个序号)。然后进入TIME-WAIT(时间等待)状态。现在TCP连接还没有释放掉。必须经过时间等待计时器设置的时间2MSL后,A才进入CLOSED状态。时间MSL叫做最长报文段寿命,RFC793建议设置为2分钟。TCP允许不同的实现可根据具体情况使用更小的MSL。当A撤销相应的传输控制块TCP后,就结束了这次的TCP连接。
为什么A在TIME-WAIT状态必须等待2MSL的时间?
(1)为了保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B。这个ACK报文段有可能丢失,因而使处在LAST-ACK状态的B收不到对已发送的FIN+ACK报文段的确认。B会超时重传这个FIN+ACK报文段。而A就能在2MSL时间内收到这个重传的FIN+ACK报文段。接着A重传一次确认,重新启动2MSL计时器。最后A和B都正常进入到CLOSED状态。如果A在TIME-WAIT状态不等待一段时间,而是在发送完ACK报文段后立即释放连接,那么就无法收到B重传的FIN+ACK报文段,因而也不会在发送一次确认报文段。这样,B就无法按照正常步骤进入CLOSED状态。
(2)防止已失效的连接请求报文段出现在本连接中。A在发送完最后一个ACK报文段后,在经过2MSL,就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样就可以使下一个新的连接中不会出现这种旧的连接请求报文段。