从一方的 TCP 来说,连接的关闭有三种情况:
• 本方启动关闭
收到本方应用进程的关闭命令后, TCP 在发送完尚未处理的报文段后,发 FIN = 1 的报文段给对方,且 TCP 不再受理本方应用进程的数据发送。在 FIN 以前发送的数据字节,包括 FIN ,都需要对方确认,否则要重传。注意 FIN 也占一个顺序号。一旦收到对方对 FIN 的确认以及对方的 FIN 报文段,本方 TCP 就对该 FIN 进行确认,在等待一段时间,然后关闭连接。等待是为了防止本方的确认报文丢失,避免对方的重传报文干扰新的连接。
• 对方启动关闭
当 TCP 收到对方发来的 FIN 报文时,发 ACK 确认此 FIN 报文,并通知应用进程连接正在关闭。应用进程将以关闭命令响 应。 TCP 在发送完尚未处理的报文段后,发一个 FIN 报文给对方 TCP ,然后等待对方对 FIN 的确认,收到确认后关闭连接。若对方的确认未及时到达,在等待一段时间后也关闭连接。
• 双方同时启动关闭
连接双方的应用进程同时发关闭命令,则双方 TCP 在发送完尚未处理的报文段后,发送 FIN 报文。各方 TCP 在 FIN 前所发报文都得到确认后,发 ACK 确认它收到的 FIN 。各方在收到对方对 FIN 的确认后,同样等待一段时间再关闭连接。这称之为同时关闭( simultaneous close )。
1.3 TCP 状态机
TCP 协议的操作可以使用一个具有 11 种状态的有限状态机( Finite State Machine )来表示,图 3-12 描述了 TCP 的有限状态机,图中的圆角矩形表示状态,箭头表示状态之间的转换,各状态的描述如表 3-2 所示。图中用粗线表示客户端主动和被动的服务器端建立连接的正常过程:客户端的状态变迁用粗实线,服务器端的状态变迁用粗虚线。细线用于不常见的序列,如复位、同时打开、同时关闭等。图中的每条状态变换线上均标有“事件/动作”:事件是指用户执行了系统调用( CONNECT 、 LISTEN 、 SEND 或 CLOSE )、收到一个报文段( SYN 、 FIN 、 ACK 或 RST )、或者是出现了超过两倍最大的分组生命期的情况;动作是指发送一个报文段( SYN 、 FIN 或 ACK )或什么也没有(用“-”表示)。
服务器端首先执行 LISTEN 原语进入被动打开状态( LISTEN ),等待客户端连接;
当客户端的一个应用程序发出 CONNECT 命令后,本地的 TCP 实体为其创建一个连接记录并标记为 SYN SENT 状态,然后给服务器发送一个 SYN 报文段;
服务器收到一个 SYN 报文段,其 TCP 实体给客户端发送确认 ACK 报文段同时发送一个 SYN 信号,进入 SYN RCVD 状态;
客户端收到 SYN + ACK 报文段,其 TCP 实体给服务器端发送出三次握手的最后一个 ACK 报文段,并转换为 ESTABLISHED 状态;
服务器端收到确认的 ACK 报文段,完成了三次握手,于是也进入 ESTABLISHED 状态。
快速重传与快速恢复算法
在收到一个失序的报文段时, T C P立即需要产生一个A C K(一个重复的A C K)。这个重复的A C K不应该被迟延。该重复的A C K的目的在于让对方知道收到一个失序的报文段,并告诉对方自己希望收到的序号。
由于我们不知道一个重复的A C K是由一个丢失的报文段引起的,还是由于仅仅出现了几个报文段的重新排序,因此我们等待少量重复的A C K到来。假如这只是一些报文段的重新排序,则在重新排序的报文段被处理并产生一个新的A C K之前,只可能产生1 ~ 2个重复的A C K。如果一连串收到3个或3个以上的重复A C K,就非常可能是一个报文段丢失了。于是我们就重传丢失的数据报文段,而无需等待超时定时器溢出。这就是快速重传算法。接下来执行的不是慢启动算法而是拥塞避免算法。这就是快速恢复算法。
没有执行慢启动的原因是由于收到重复的A C K不仅仅告诉我们一个分组丢失了。由于接收方只有在收到另一个报文段时才会产生重复的A C K,而该报文段已经离开了网络并进入了接收方的缓存。也就是说,在收发两端之间仍然有流动的数据,而我们不想执行慢启动来突然减少数据流。这个算法通常按如下过程进行实现:
1) 当收到第3个重复的A C K时,将s s t h re s h设置为当前拥塞窗口c w n d的一半。重传丢失的报文段。设置c w n d为s s t h re s h加上3倍的报文段大小。
2) 每次收到另一个重复的A C K时, c w n d增加1个报文段大小并发送1个分组(如果新的c w n d允许发送)。
3) 当下一个确认新数据的A C K到达时,设置c w n d为s s t h re s h(在第1步中设置的值)。这个A C K应该是在进行重传后的一个往返时间内对步骤1中重传的确认。另外,这个A C K也应该是对丢失的分组和收到的第1个重复的A C K之间的所有中间报文段的确认。这一步采用的是拥塞避免,因为当分组丢失时我们将当前的速率减半。