运输层8——TCP运输连接管理

写在前面：本文章是针对《计算机网络第七版》的学习笔记

运输层1——运输层协议概述

TCP是面向连接的协议。运输连接有三个阶段：建立连接、数据传输以及释放连接。TCP连接的建立采用客户服务器的方式。主动发起连接建立的应用进程叫做客户，而被动等待连接建立的应用进程叫做服务器。

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，也叫三报文握手。

如图：

假定A是客户，B是服务器，最初TCP的两端都是关闭状态，然后A主动打开，B被动打开；
一开始，B的TCP服务器先创建传输控制块TCB，准备接受客户进程的连接请求。然后服务就处于LISTEN状态，等待客户的连接请求；
A也是先创建TCB模块，在打算建立TCP连接时，向B发送连接请求报文段，这时首部同步位SYN=1，同时选择一个初始序号seq=x。TCP规定，SYN报文段不携带数据但是要消耗一个序号，这时客户进程进入到SYN-SENT（同步已发送）的状态；
B收到A的连接请求报文段后，如果同意建立连接，则向A发送确认。设置SYN=1，ACK=1，确认号ack=x+1，并且设置初始序号seq=y。这个报文段也不携带数据但是消耗一个序号。这时TCP服务器进入到SYN-RCVD（同步收到）的状态；
TCP客户进程收到B的确认后，还要向B发送确认。ACK=1，seq=x+1，ack=y+1。此时的ACK报文段可以携带数据，但如果不携带数据则不消耗序号下一个报文段的序号仍是seq=x+1。此时TCP连接已经建立，并且客户进程进入到ESTABLISHED（连接已建立）的状态；
B收到A的确认后，也进入到ESTABLISHED的状态。

为什么A还要发送最后一次确认呢？

这是防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了B而引发错误。

失效的连接请求：A第一次先发送了一个请求，但是丢失了，于是A再发送一个连接请求，重新建立连接，发送数据并释放连接。

但是有可能出现异常情况，即A发送的连接请求并没有丢失，而是滞留了在网络中。如果在传输数据完成之后，这个请求又发到B，B误以为A还要发送数据，因此发送确认报文，但是A没有运输需求，因此不予理睬。如果没有最后一次确认，B一直等待A的确认，这样会造成的浪费。

采用三报文握手，如果B没有收到A的确认，则可以知道A没有建立连接的需求，就可以避免上述这种情况。

如图：

A和B目前都处于ESTABLISHED状态，A的应用进程向其TCP发出连接释放报文段，并停止发送数据，主动关闭TCP连接。此时，FIN=1，seq=u，u等于前面已发送的最后一个字节的序号加1。这时A进入到FIN-WAIT-1（终止等待1）状态，等待B的确认。FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号；
B收到释放连接后立即发出确认，此时，ACK=1，确认号是ack=u+1，序号seq=v，v等于B前面所有已传送数据的最后一个字节的序号加1。B进入到CLOSE-WAIT（关闭等待）状态，TCP服务器进程向高层应用进程告知，此时A到B的连接已经释放，TCP连接处于半关闭状态。但是，B到A这个方向的连接尚未关闭；
A收到B的确认后，就进入到FIN-WAIT2（终止等待2）的状态，等待B发送连接释放报文段；
若B已经没有数据需要发送，则应用进程通知TCP释放连接，这时B发送的报文段：FIN=1，ACK=1，seq=w（可能后面又发送了一些数据），ack=u+1，并且这个报文消耗一个序号。B进入到LAST-ACK（最后确认）的状态，等待A的确认；
A收到B的确认后，必须对此发送确认报文。该报文中：ACK=1，seq=u+1，ack=w+1。然后进入到TIME-WAIT（时间等待）状态。
此时TCP连接并没有完全释放，必须经过时间等待计时器设置的时间2MSL之后，A才进入CLOSED状态。时间MSL叫做最大报文段寿命。

那么，为什么要等待2MSL的时间呢？

保证A最后发送的ACK报文段能够到达B。因为这个报文可能丢失，因此B会重传最后一个确认报文段，A再重新发送确认报文，并且重启计时器，直到A，B都能正常进入到CLOSED状态；
防止上面提到的“已失效的连接请求报文”。这段时间内，这些连接请求报文就可能在网络中消失。

此外，B要比A先进入CLOSED状态。

巴特西