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）。