TCP三次握手和四次挥手详解

TCP头部：其中ACK SYN 序号 FIN ack这三个部分在以下会用到，介绍如下

ACK：表示是否前面的确认号字段是否有效。ACK=1，表示有效。只有当ACK=1时，前面的确认号字段才有效。TCP规定，连接建立后，ACK必须为1,带ACK标志的TCP报文段称为确认报文段。

SYN：在建立连接时使用，用来同步序号。当SYN=1，ACK=0时，表示这是一个请求建立连接的报文段；当SYN=1，ACK=1时，表示对方同意建立连接。SYN=1，说明这是一个请求建立连接或同意建立连接的报文。只有在前两次握手中SYN才置为1，带SYN标志的TCP报文段称为同步报文段。

序列号：表示本报文段所发送数据的第一个字节的编号。在TCP连接中所传送的字节流的每一个字节都会按顺序编号。由于序列号由32位表示，所以每2^32个字节，就会出现序列号回绕，再次从0 开始。

FIN:：表示通知对方本端要关闭连接了，标记数据是否发送完毕。如果FIN=1，即告诉对方："我的数据已经发送完毕，你可以释放连接了"，带FIN标志的TCP报文段称为结束报文段

ack: 确认号：表示接收方期望收到发送方下一个报文段的第一个字节数据的编号。也就是告诉发送发：我希望你（指发送方）下次发送的数据的第一个字节数据的编号是这个确认号

 

TCP工作在传输层，每一次连接都需要三个阶段：建立连接,数据传送和数据释放。"三次握手"就发生在连接建立阶段。

一.TCP连接建立过程中为什么需要"三次握手"

 目的是防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而发生错误。

"已失效的连接请求报文段"的产生在这样一种情况下：

（客户端）client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但（服务端）server收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段，同意建立连接。若不采用"三次握手"，那么只要server发出确认，新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬server的确认，也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待client发来数据。这样，server的很多资源就白白浪费掉了。采用"三次握手"的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况，client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认，就知道client并没有要求建立连接。"

1.TCP三次握手

  三次握手是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送3个包。

首先client发送连接请求报文，SYN=1 ACK=0 （请看文首TCP包头的介绍），TCP规定SYN=1时不能携带数据，但要消耗一个序列号，因此声明自己的序号是seq=x

然后server段接受连接后回复ACK报文，并为这次连接分配资源，client端接收到ACK报文后也向server段发送ACK报文，但不用SYN了，这时即为ACK=1，seq=x+1,ack=y+1

并分配资源，这样TCP连接就建立了。

2.TCP四次挥手

然后就是断开连接了，TCP的连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次挥手。

客户端或服务端均可发起挥手动作，在socket编程中，任何一方执行close操作即可产生挥手操作。

简单的过程如下：

假设客户端A发起中断连接请求，也就是发送FIN报文，服务器端接受到FIN报文后，意思是说"我客户端没有数据发送给你了"，但是如果你还有数据没有发送完成，就不必急着关闭socket，可以继续发送数据，所以你先发送ACK，"告诉客户端，你的请求我收到了，请你继续等我的消息"这时候客户端就进入FIN_WAIT状态，继续等待服务端的FIN的报文，当服务端确定数据已经发送完成，则向客户端发送FIN报文"告诉客户端，好了，我这边数据发完了，准备好关闭连接了"客户端收到FIN报文后，"就知道可以关闭连接了，但它为了保险起见，担心服务端不知道要关闭，所以发送ACK后进入T"TIME_WAIT状态，如果服务端没有收到ACK可以重传。"服务端收到ACK后，"就知道是时候断开连接了。"客户端等待了2MSL后没有收到回复，则说明服务端已正常已正常关闭，接着，客户端也可以关闭连接了，到此TCP的连接都关闭了。

整个过程客户端所经历的状态如下：

服务端经历的过程如下：

【注意】 在TIME_WAIT状态中，如果TCP client端最后一次发送的ACK丢失了，它将重新发送。TIME_WAIT状态中所需要的时间是依赖于实现方法的。典型的值为30秒、1分钟和2分钟。等待之后连接正式关闭，并且所有的资源(包括端口号)都被释放。

【问题1】为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

【问题2】为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？

答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可能最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。

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