学习计算机网络中的一些疑问及解答

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前言

一个本硕双非的小菜鸡,备战24年秋招,在学习计算机网络的过程中遇到了一些问题,思考并解答。

部分参考小林大佬的解答 :小林coding

一、为什么要进行三次握手

因为三次握手才能保证双方具有接收和发送的能力。

三次握手才可以阻止重复历史连接的初始化(主要原因)

三次握手才可以同步双方的初始序列号

三次握手才可以避免资源浪费

通过三次握手能防止历史连接的建立,能减少双方不必要的资源开销,能帮助双方同步初始化序列号。序列号能够保证数据包不重复、不丢弃和按序传输。

不使用「两次握手」和「四次握手」的原因:

「两次握手」:无法防止历史连接的建立,会造成双方资源的浪费,也无法可靠的同步双方序列号;

「四次握手」:三次握手就已经理论上最少可靠连接建立,所以不需要使用更多的通信次数。

二、三次握手的流程

  1. 一开始,客户端和服务端都处于CLOSE状态。先是服务端主动监听某个端口,处于 LISTEN状态。
  2. 然后客户端主动发起连接 SYN,之后处于 SYN-SEND 状态。此时发送的是一个特殊的TCP报文段,该报文段不包含应用层数据,但是在报文段的首部中的一个标志位被置为1,会随机选择一个初始序号client_sin,该报文段也称SYN报文段。
  3. 服务端收到发起的连接,返回 SYN,并且 ACK 客户端的 SYN,之后处于SYN-RCVD 状态。该报文段SYN比特被置为1,首部的确认字号段被置为client_sin + 1,并选择自己的初始序号(server_isn)将其放置到TCP报文段首部的序号字段中,该报文段也称SYNACK报文段。。
  4. 客户端收到服务端发送的 SYN 和ACK 之后,发送 ACK的 ACK,之后处于ESTABLISHED 状态,因为它一发一收成功了。该SYN比特置0,确认号字段server_isn+ 1,初始序号为client_sin + 1,并且可以在报文段负载中携带客户到服务器的数据。
  5. 服务端收到 ACK的 ACK 之后,处于 ESTABLISHED 状态,因为它也一发一收了。

三、三次握手中seq和ack的值

seq(初始序号)与ack(确认号)

一次:client_sin,暂无

二次:server_isn,client_sin + 1

三次:client_sin + 1,server_isn + 1

四、四次挥手流程

  1. 主动方打算关闭连接,此时会发送一个 TCP首部 FIN 标志位被置1的报文,也即 FIN报文,之后主动方进入 FIN WAIT_1 状态。
  2. 被动方收到该报文后,就向主动方发送 ACK应答报文,接着被动方进入 CLOSED_WAIT 状态。
  3. 主动方收到被动方的 ACK 应答报文后,之后进入 FIN WAIT 2状态
  4. 等待被动方处理完数据后,也向主动方发送FIN 报文,之后被动方进入 LAST_ACK 状。
  5. 主动方收到被动方的 FIN 报文后,回一个ACK 应答报文,之后进入 TIME WAIT 状态。
  6. 被动方收到了 ACK 应答报文后,就进入了CLOSED 状态,至此被动方已经完成连接的关闭。
  7. 主动方在经过 2MSL 一段时间后,自动进入CLOSED 状态,至此主动方也完成连接的关闭。
    但是在特定情况下,四次挥手是可以变成三次挥手的

五、四次挥手中seq和ack的值

seq(初始序号)与ack(确认号)

一次:client_sin,server_isn + 1

二次:server_isn + 1,client_sin + 1

三次:server_isn + 2,client_sin + 1

四次:client_sin + 1,server_isn + 3

六、为什么要等待才回复

防止历史连接中的数据,被后面相同四元组的连接错误的接收;

保证「被动关闭连接」的一方,能被正确的关闭;

七、为什么等待2MSL

最后一个等2MSL(一个MSL是报文段的最大存活时间),2MSL保证最后一个ACK对方一定收到。

网络中可能存在来自发送方的数据包,当这些发送方的数据包被接收方处理后又会向对方发送响应,所以一来一回需要等待 2 倍的时间。

可以看到 2MSL时长 这其实是相当于至少允许报文丢失一次。

总结

网络初学,主要是为了CSAPP的最后一个Lab,以后有时间考虑看看CS144(网络这方面我当时学的是真的菜)。

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