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TCP - Connection Establishment & Termination
課程影片
How TCP Works - The Handshake
How TCP Works - FINs vs Resets
第 8E 講 TCP 與網路阻塞偵測與控制技術 L08 5
發起連線前：Client 初始化 seq 與 window
TCP 是連線導向的傳輸協定，所以在傳輸資料之前，要先建立連線。為了方便，以下稱呼發起連線的一方為 client，而另外一方則稱其為 server。
因為 TCP 使用 sliding window 進行可靠傳輸，所以使用 sliding window 演算法所需要的第一個 sequence number (這邊的 seq) 要先決定好。除此之外，TCP 封包中的 window，也就是「允許發送方發送能傳送多少資料」的額度，也應一併決定好，以利 flow control。
連線建立：三方交握
前述都準備好之後，就準備開始建立連線。建立連線時，使用一系列稱為「三方交握」(three-way hand shake)的步驟。這個步驟細分為以下三步：
Step 1：Client 發出 SYN 封包
首先，Client 會發送一個特殊的 SYN 封包給 Server。這是一個沒有資料，但其中的「syn 欄位被設為 1」的封包。除此之外，因為兩者藉由 TCP 傳輸時，使用的是sliding window，所以也要在這個封包中的 seq 欄位中，指定好「初始的 sequence number」。
Step 2：Server 回應 SYN/ACK 封包確認
如果 Server 有收到這個 SYM 封包，確定要建立連線並且設置好 buffer 之後，必須回覆給 Client 一個「syn 與 ack 都設為 1」的封包，這個封包稱為 SYN/ACK 封包。
這個 SYN/ACK 封包中，除了前述 2 個位元被設為 1 之外，他的 ack_seq 與 seq 也要設定：
-
ack_seq：因為使用 sliding window 時，ACK 必須回報「在哪個 sequence number 以前的封包都收到了」，所以這個ack_seq欄為要設定為剛剛 SYN 封包上的seq欄位加 1。 -
因為 Server 也可能向 Client 傳輸資料，而這個傳輸過程也要使用 sliding window。所以這個 SYN/ACK 封包中的
seq，還要包含 Server 自己使用 sliding window 演算法時，所需要的那個初始化 sequence number
Step 3：Client 回應 ACK 封包
當 Client 收到 SYN/ACK 封包之後，接著往 Server 傳輸一個 ACK。這時這個封包中就可以包含要傳輸的資料了。
一些註解
在這個演算法中，從 Server 與 Client 都各自經歷了「送一個 SYN 與回收一個 ACK」。而彼此 seq 與 ack_seq 的關係可以用以下的動畫展示：
結束連線
結束連線的請求可以由 Client 提出，也可以由 Server 提出。以下假定是 Client 發起結束連線的請求。
Step 1：Client 送出 FIN 封包
首先，由希望結束連線的一方送出（這邊是 Client） FIN 封包。這個封包是一個 fin 欄位被設定的封包。
Step 2：Server 回覆 ACK
如果 Server 有收到這過 SYN 封包，那麼就要回覆一個 ACK。並且準備開始結束連線。
Step 3：Server 送出 FIN 封包
因為 TCP 的溝通是雙向的，所以要終止連線，除了 Client 要跟 Server 發出終止連線的請求之外，Server 也要跟 Client 發出終止連線的請求。因此也要向 Client 發送一個 FIN 封包。
在發送 FIN 封包之後，Server 進入一個 Closing 狀態。這是一個「準備結束」，但是還沒有結束的狀態。要一直等到 Client 回了 ACK，整個連線對 Server 來說才是結束（也就是進入 Close 狀態）。
Step 4：Client 回覆 ACK
Client 在收到 FIN 封包之後，回覆 ACK。並且自己也進入 Closing 狀態。
Step 5：Client 等待一段時間
在 Client 進入 Closing 狀態之後，還必須等待一段時間，才能結束。因為這時可能還有封包在路上，所以要等待一段時間讓他們送達。這段時間通常是 30 秒。
連線狀態圖
如果把連線建立的狀態化成狀態圖的話，彼此的關係如下[1]：
按：課程影片中所泛稱的 Closing 狀態，應係圖中的
FIN_WAIT2與LAST_ACK，而非圖中的CLOSING。
