一条数据的 TCP 完整生命周期 (附报文详解)

本文档将模拟一次最简单的 TCP 通信:客户端向服务器发送一条短消息 "HelloWorld"。我们将追踪从连接建立、数据传输到连接断开的每一步,并详细解释每个 TCP 报文段中关键字段(标志位、序号、确认号)的含义和变化。

初始约定

  • 客户端 C:初始序列号 (ISN) = 1000

  • 服务器 S:初始序列号 (ISN) = 2000

  • 传输数据 :客户端 C 发送 10 字节的 "HelloWorld" 给服务器 S

  • TCP 头部:为简化,假设每次报文无选项字段,头部固定为 20 字节

  • 窗口大小:双方初始接收窗口均为 8192 字节

1. 三次握手 (建立连接)

① C 发送 SYN

报文内容:

复制代码
C → S
- Flags: SYN=1          (→ 标志位:设置 SYN,表示这是一个连接请求)
- seq=1000, ack=0       (→ 序号:我的初始序号是 1000;确认号:暂时没有需要确认的)
- Win=8192              (→ 窗口:我的接收窗口大小是 8192)
  • 客户端状态SYN_SENT (已发送同步请求)
② S 回复 SYN+ACK

报文内容:

复制代码
S → C
- Flags: SYN=1, ACK=1    (→ 标志位:设置 SYN 和 ACK,表示同意连接并确认收到)
- seq=2000, ack=1001    (→ 序号:我的初始序号是 2000;确认号:你的 1000 我收到了,期待 1001)
- Win=8192              (→ 窗口:我的接收窗口大小是 8192)
  • 服务器状态SYN_RCVD (已接收同步请求)

  • 客户端收到后状态ESTABLISHED (连接已建立)

③ C 发送 ACK (握手结束)

报文内容:

复制代码
C → S
- Flags: ACK=1          (→ 标志位:设置 ACK,表示确认)
- seq=1001, ack=2001    (→ 序号:我的序号是 1001;确认号:你的 2000 我收到了,期待 2001)
- Win=8192              (→ 窗口:我的接收窗口大小是 8192)
  • 说明:这是一个纯确认报文,不携带数据,不消耗序列号。

  • 服务器收到后状态ESTABLISHED (连接已建立)

2. 数据传输

④ C 发送 10 字节数据

报文内容:

复制代码
C → S
- Flags: ACK=1          (→ 标志位:这是一个确认报文,捎带了数据)
- seq=1001, ack=2001    (→ 序号:从 1001 开始;确认号:继续确认对方的 2001)
- Len=10                (→ 数据长度:10 字节,内容为 "HelloWorld")
  • 说明 :这次传输占用了 10011010 共 10 个序列号。
⑤ S 确认收到数据

报文内容:

复制代码
S → C
- Flags: ACK=1          (→ 标志位:这是一个纯确认报文)
- seq=2001, ack=1011    (→ 序号:我的序号不变;确认号:你 1010 为止的数据都收到了,期待 1011)
- Win=8192              (→ 窗口:我的接收窗口大小不变)
  • 说明:服务器确认收到了 10 字节数据。

3. 四次挥手 (断开连接)

⑥ C 发起第一次挥手 (FIN)

报文内容:

复制代码
C → S
- Flags: FIN=1, ACK=1    (→ 标志位:设置 FIN 和 ACK,表示我没数据发了,要关闭)
- seq=1011, ack=2001    (→ 序号:我的新序号是 1011;确认号:继续确认对方的 2001)
  • 说明:FIN 标志本身会消耗一个序列号。

  • 客户端状态FIN_WAIT_1

⑦ S 回复第二次挥手 (ACK)

报文内容:

复制代码
S → C
- Flags: ACK=1          (→ 标志位:纯确认)
- seq=2001, ack=1012    (→ 序号:我的序号不变;确认号:你的 FIN(1011) 收到了,期待 1012)
  • 服务器状态CLOSE_WAIT (等待应用层关闭)

  • 客户端收到后状态FIN_WAIT_2

⑧ S 发起第三次挥手 (FIN)

报文内容:

复制代码
S → C
- Flags: FIN=1, ACK=1    (→ 标志位:我也没数据发了,准备关闭)
- seq=2001, ack=1012    (→ 序号:我的序号是 2001;确认号:继续确认对方的 1012)
  • 服务器状态LAST_ACK (等待最后的确认)
⑨ C 回复第四次挥手 (ACK)

报文内容:

复制代码
C → S
- Flags: ACK=1          (→ 标志位:最后的确认)
- seq=1012, ack=2002    (→ 序号:我的序号是 1012;确认号:你的 FIN(2001) 收到了,期待 2002)
  • 客户端状态TIME_WAIT (等待 2*MSL 时间后进入 CLOSED)

  • 服务器收到后状态CLOSED (立即关闭)

例子(挂电话):
  1. 目录

    初始约定

    [1. 三次握手 (建立连接)](#1. 三次握手 (建立连接))

    [① C 发送 SYN](#① C 发送 SYN)

    [② S 回复 SYN+ACK](#② S 回复 SYN+ACK)

    [③ C 发送 ACK (握手结束)](#③ C 发送 ACK (握手结束))

    [2. 数据传输](#2. 数据传输)

    [④ C 发送 10 字节数据](#④ C 发送 10 字节数据)

    [⑤ S 确认收到数据](#⑤ S 确认收到数据)

    [3. 四次挥手 (断开连接)](#3. 四次挥手 (断开连接))

    [⑥ C 发起第一次挥手 (FIN)](#⑥ C 发起第一次挥手 (FIN))

    [⑦ S 回复第二次挥手 (ACK)](#⑦ S 回复第二次挥手 (ACK))

    [⑧ S 发起第三次挥手 (FIN)](#⑧ S 发起第三次挥手 (FIN))

    [⑨ C 回复第四次挥手 (ACK)](#⑨ C 回复第四次挥手 (ACK))

    例子(挂电话):

    一条数据的一生总结


一条数据的一生总结

整个过程的报文交互可以简化为: SYNSYN+ACKACK[数据]ACKFINACKFINACK

序号和确认号严格按照"发了多少数据就加多少,SYN/FIN 标志算 1"的规则进行递增,每一步都环环相扣,逻辑严谨,这就是真实 TCP 的完整对话。

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