TCP 报文格式

TCP和IP 协议分别是传输层网络层协议,主要解决数据如何在网络中传输; HTTP是应用层协议,主要解决如何包装数据,用以封装 HTTP 文本信息。

因为HTTP是在TCP/IP之上的应用层协议,所以关于HTTP的三次握手,其实就是使用三次TCP握手确认建立一个HTTP连接。

先看TCP报文格式: TCP协议首部

上图中有几个字段需要重点介绍下:

  • 序号:Seq序号,占32位,用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流,发起方发送数据时对此进行标记。
  • 确认序号:Ack序号,占32位,只有ACK标志位为1时,确认序号字段才有效,Ack=Seq+1。
  • 标志位:共6个,即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等,具体含义如下:
    • URG => Urgent :紧急指针(urgent pointer)有效
    • ACK => Acknowledgement :确认序号有效
    • PSH => Push :接收方应该尽快将这个报文交给应用层
    • RST => Reset :重置连接
    • SYN => Synchronize :发起一个新连接
    • FIN => Finished :释放一个连接

需要注意的是:

  • 不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。
  • 确认方Ack=发起方Req+1,两端配对。
  • 还有两个未知作用的标志,参考
    • CWR => Congestion Window Reduced
    • ECE => Explicit Congestion Notification Echo

三次握手建立连接

所谓三次握手(Three-Way Handshake)即建立TCP连接,就是指建立一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。 在socket编程中,这一过程由客户端执行connect来触发,整个流程如下所示:

  • 第一次握手:Client将标志位SYN置为1,随机产生一个值seq=J,并将该数据包发送给Server,Client进入SYN_SENT状态,等待Server确认。

  • 第二次握手:Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接,Server将标志位SYN和ACK都置为1,ack=J+1,随机产生一个 值seq=K,并将该数据包发送给Client以确认连接请求,Server进入SYN_RCVD状态。

  • 第三次握手:Client收到确认后,检查ack是否为J+1,ACK是否为1,如果正确则将标志位ACK置为1,ack=K+1,并将该数据包发送给Server, Server检查ack是否为K+1,ACK是否为1,如果正确则连接建立成功,Client和Server进入ESTABLISHED状态,完成三次握手,随后Client与 Server之间可以开始传输数据了。

TCP 3次握手

四次挥手断开连接

所谓四次挥手(Four-Way Wavehand)即终止TCP连接,就是指断开一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。 由于TCP连接时全双工的,因此,每个方向都必须要单独进行关闭,这一原则是当一方完成数据发送任务后,发送一个FIN来终止这一方向的连接, 收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了,即不会再收到数据了,但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据,直到这一方向也发送了FIN。 首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方则执行被动关闭。

在socket编程中,这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发,整个流程如下所示:

  • 第一次挥手:Client发送一个FIN,用来关闭Client到Server的数据传送,Client进入FIN_WAIT_1状态。

  • 第二次挥手:Server收到FIN后,发送一个ACK给Client,确认序号为收到序号+1(与SYN相同,一个FIN占用一个序号),Server进入CLOSE_WAIT状态。

  • 第三次挥手:Server发送一个FIN,用来关闭Server到Client的数据传送,Server进入LAST_ACK状态。

  • 第四次挥手:Client收到FIN后,Client进入TIME_WAIT状态,接着发送一个ACK给Server,确认序号为收到序号+1,Server进入CLOSED状态,完成四次挥手。

TCP 3次握手

WireShark 监测 HTTP

配置好wireshark的过滤规则之后,使用curl命名发送HTTP的GET请求,就可以看到握手以及资源访问相关的请求和连接了。

配置规则,只监测TCP协议,而且是访问adolphor.com域名的链接:

tcp && host adolphor.com

请求指令:

curl http://news.baidu.com/passport

WireShark监测HTTP请求

可以看到

  • 第一次请求,TCP协议,客户端个向服务器发送请求,SYN,且 seq=0。
  • 第二次请求,TCP协议,服务器向客户端发送请求并响应第一步中客户端的请求,SYN & ACK,且 seq=0 & ack=1。
  • 第三次请求,TCP协议,客户端响应第二步中服务器的请求,ACK,且 seq=1 & ack=1。
  • 第四次请求,HTTP协议,也就是建立连接之后的具体HTTP业务请求信息。

WireShark监测HTTP请求

参考资料