网络 TCP传输连接管理

TCP是面向连接的协议，每次通信过程中连接的建立与释放都是必不可少的。因此TCP传输连接有三个阶段：连接建立、数据传送、连接释放。传输连接管理就是使连接建立与释放都能正常进行

在TCP连接建立过程中要解决以下三个问题：

(1)要使每一方能够确知对方的存在。

(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)能够对传输实体资源（如缓存大小、连接表中的项目等）进行分配。

TCP连接采取客户端服务器C/S方式，主动发起连接建立的叫客户端，被动建立的叫服务器端

TCP连接建立

假定A是TCP客户程序，B是TCP服务器程序，初始阶段都是CLOSED状态，本例中A主动打开连接，B被动打开连接。

• B的TCP服务器进程创建传输控制块TCB，准备接受客户进程的连接请求，服务器进程处于LISTEN状态
• A的TCP客户进程创建传输控制块TCB，向B发出连接请求，此时同步为SYN=1，初始序号seq=x，表示传送的第一个数据字节序号是x（注：SYN报文段不能携带数据，但是要消耗掉一个序号）
• B收到连接请求报文段后，若同意则向A发送确认，确认报文段中SYN=1，ACK=1，确认号ack=x+1，自己选择的序号seq=y（注：该报文段不能携带数据，但是同样要消耗掉一个序号）
• TCP客户进程A收到B的确认后，还要向B发出确认，置ACK=1，ack=y+1，而自己的序号为seq=x+1（注：ACK报文段可以携带数据，若不携带数据则不消耗序号——即下一数据报序号仍为x+1）
• 这时TCP连接建立，A进入established状态；B收到A的确认后，也进入established状态

为什么要三次握手

三次握手是为了防止已经失效的请求报文段突然又传送到了B而产生错误

下面两种情况是只有两次报文即可建立连接，即A的连接请求，B的确认报文

正常情况：A发送连接请求，但是由于报文丢失而未收到确认，于是重传一次连接请求，收到确认建立连接；发送数据；关闭连接。全过程中A发送了两次请求报文，一次丢失、一次到达，没有失效的报文

异常情况：A发送的第一个连接请求报文没有丢失，而是在某个网络结点滞留了，延误了一段时间才到达B，假设延误时间到在A和B的连接释放之后，此时B收到此报文以为A又要建立连接，于是向A发送确认报文同意连接，如果没有A的再次确认，B会一直认为连接建立，因此一直等待A发来数据请求！

采用三报文握手时，A不向B的确认发送确认，B收不到确认就知道A没有要建立连接。

TCP连接释放

数据传输结束后，通信双方都可以释放连接，假定现在A、B都处于established状态，准备释放

• A应用进程向TCP发送连接释放报文段，并停止发送数据，主动关闭TCP连接。置FIN=1，seq=u（u等于A前面发送的数据最后一个字节+1），此时A进入FIN-WAIT-1状态，等待B的确认

• B收到连接释放报文段就发出确认，确认号ack=u+1，自己的序号为seq=v（v等于B前面发送的数据最后一个字节+1），B进入CLOSE-WAIT状态。

  • TCP服务器进程这时要通知高层应用进程，释放A到B方向的连接，此时TCP连接处于半关闭状态，即A已没有数据发送了，但B若要发送数据A仍要接受，从B到A方向的连接并未关闭

• A收到B的确认后进入FIN-WAIT-2状态，等待B发送连接释放报文

  • 若B没有要向A发送的数据，应用进程就通知TCP释放连接，B发送连接释放报文，置FIN=1.假定B的序号为w（半关闭状态时B又发送了一些数据，所以序号不是v+1而是w），B还要重复确认号ack=u+1，此时B进入LAST-ACK状态，等待A的确认
  • A收到B的连接释放报文段后，对此发出确认，在报文段中置ACK=1，确认号ack=w+1，而自己的序号是seq=u+1，然后进入TIME-WAIT状态，经过时间等待计时器设置的时间2MSL后进入CLOSED状态

  注：MSL最长报文段寿命

为什么要等待2MSL时间

第一：为保证A的最后一个ACK报文能到达B，这个ACK报文可能会丢失，使得处于LAST-ACK状态的B收不到对已发送的FIN+ACK的确认，B就会超时重传该报文，在2MSL时间内A能接收到重传的报文，然后A重传一次取人，重启2MSL计时器。最后A、B都能进入CLOSED状态！这种情况下若不等待的话B就无法进入CLOSED状态

第二：防止上面提到的”失效的请求报文段“出现在笨连接中，A发送完最后一个ACK报文后，再经过2MSL时间就可以使本连接持续时间内产生的所有报文都从网络中消失，这就不会出现旧的连接请求报文

除了时间等待计时器外，TCP还有一个保活计时器

假定：客户与服务器建立连接，但是后来客户主机突然出现故障，显然服务器不能收到客户发来的数据，但是不能让服务器白白等着浪费资源，可以通过保活计时器，每次收到客户端的数据，就重置保活计时器，时间通常时2小时，两小时内未收到客户端的数据就发送一个探测报文，之后每隔75秒发送一个，若连发10个都没有响应，服务器可以认定客户端故障，接着就关闭连接。