TCP三次握手与四次挥手

1、TCP通信

TCP是面向连接的协议。运输连接是用来传送TCP报文的，而运输连接的建立和释放是每一次面向连接的通信中必不可少的过程。可以类比传统的电话网，拨通号码，开始通话，挂断电话。用户进程和服务器进程需要完成一次通信都需要完成三个阶段：

1 连接建立

2 数据传送

3 连接释放

TCP协议中，主动发起请求的一端称为客户端，被动连接的一端称为服务端。由于全双工，不管是客户端还是服务端，TCP连接建立完后都能发送和接收数据。

2、序列号、确认号及标志位等

1 序列号seq：

占4个字节，用来标记数据段的顺序，TCP把连接中发送的所有数据字节都编上一个序号，第一个字节的编号由本地随机产生，给字节编上序号后，就给每一个报文段指派一个序号，序列号seq就是这个报文段中的第一个字节的数据编号。

2 确认号ack：

占4个字节，期待收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号，序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号，而确认号指的是期望接受到下一个字节的编号，因此挡墙报文段最后一个字节的编号+1即是确认号。

3 确认ACK：

占1个比特位，仅当ACK=1，确认号字段才有效。ACK=0，确认号无效。

4 同步SYN：

连接建立时用于同步序号。当SYN=1，ACK=0表示：这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中使用SYN=1，ACK=1.因此，SYN=1表示这是一个连接请求，或连接接收报文，SYN这个标志位只有在TCP建立连接才会被置为1，握手完成后SYN标志位被置为0.

5 终止FIN：

用来释放一个连接。

3 TCP三次握手

1、三报文握手

TCP三次握手中的三次，连接建立，其实是指一次握手中交换了三个报文，进行了三次信息的单向传递，而不是真正进行了三次握手。用英文就是 three messages handshake，这里的handshake是单数形式。所以，三次握手其实是三报文握手。
而TCP四次挥手，也就是在连接释放的过程中，需要交换四个报文。

2 TCP三次握手过程


B的TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，准备接受客户进程的连接请求。然后服务器进程就处于LISTEN（收听）状态，等待客户的连接请求。若有，则作出响应。
1）第一次握手：A的TCP客户进程也是首先创建传输控制块TCB，然后向B发出连接请求报文段，（首部的同步位SYN=1，初始序号seq=x），（SYN=1的报文段不能携带数据）但要消耗掉一个序号，此时TCP客户进程进入SYN-SENT（同步已发送）状态。
2）第二次握手：B收到连接请求报文段后，如同意建立连接，则向A发送确认，在确认报文段中（SYN=1，ACK=1，确认号ack=x+1，初始序号seq=y），测试TCP服务器进程进入SYN-RCVD（同步收到）状态；
3）第三次握手：TCP客户进程收到B的确认后，要向B给出确认报文段（ACK=1，确认号ack=y+1，序号seq=x+1）（初始为seq=x，第二个报文段所以要+1），ACK报文段可以携带数据，不携带数据则不消耗序号。TCP连接已经建立，A进入ESTABLISHED（已建立连接）。
当B收到A的确认后，也进入ESTABLISHED状态。

3为什么要进行三次握手？

也就是说为什么要在A最后还要再发送一次确认？
是为了防止已经失效的请求报文端，再次传到B，因而产生错误。

<1>、正常情况

client发送了连接请求，但是请求报文因为种种原因丢失而未确认。于是A超时重传，再一次发送请求连接报文。server收到了，然后再发送请求确认报文，并最终完成client与server的连接。数据传输结束后，释放连接。这个过程中，client一共发送了两个请求连接报文段，第一个丢失，第二个到达server。

<2>、 异常情况

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。假设不采用三次握手，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。

4 TCP四次挥手

1想要从客户端到服务端释放连接，需要四次报文传输。

2 TCP四次挥手过程


1）A的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段（FIN=1，序号seq=u），并停止再发送数据，主动关闭TCP连接，进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态，等待B的确认。
2）B收到连接释放报文段后即发出确认报文段，（ACK=1，确认号ack=u+1，序号seq=v），B进入CLOSE-WAIT（关闭等待）状态，此时的TCP处于半关闭状态，A到B的连接释放。
3）A收到B的确认后，进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待B发出的连接释放报文段。
4）B没有要向A发出的数据，B发出连接释放报文段（FIN=1，ACK=1，序号seq=w，确认号ack=u+1），B进入LAST-ACK（最后确认）状态，等待A的确认。
5）A收到B的连接释放报文段后，对此发出确认报文段（ACK=1，seq=u+1，ack=w+1），A进入TIME-WAIT（时间等待）状态。此时TCP未释放掉，需要经过时间等待计时器设置的时间2MSL后，A才进入CLOSED状态。

3 TCP四次挥手总结

客户端发送FIN后，进入终止等待状态，服务器收到客户端连接释放报文段后，就立即给客户端发送确认，服务器就进入CLOSE_WAIT状态，此时TCP服务器进程就通知高层应用进程，因而从客户端到服务器的连接就释放了。此时是“半关闭状态”，即客户端不可以发送给服务器，服务器可以发送给客户端。
此时，如果服务器没有数据报发送给客户端，其应用程序就通知TCP释放连接，然后发送给客户端连接释放数据报，并等待确认。客户端发送确认后，进入TIME_WAIT状态，但是此时TCP连接还没有释放，然后经过等待计时器设置的2MSL后，才进入到CLOSE状态。

四次挥手的状态


FIN_WAIT_1:这个状态和FIN_WAIT_2状态都在再等待对方的回复，但是这两种状态是有区别的,FIN_WAIT_1就是主动方在ESTABLISHED状态的时候，想要主动关闭连接，向对方发送FIN报文，这时候就进入了FIN_WAIT_1状态。当他收到对方回复的ACK报文后，就进入了FIN_WAIT_2状态。 但是在实际操作中是很难遇到FIN_WAIT_1状态的，因为无论对方是什么情况都应该立刻回应ACK报文，但是FIN_WAIT_2状态还是可以在主动方中用netstat看到的。

FIN_WAIT_2：上面已经对FIN_WAIT_2讲解过了，当主动方进入FIN_WAIT_2时，就表示着半连接状态，也就是主动方还有数据要发给对方，这个数据就是之后的ACK，所有他要等一会儿才关闭连接。

CLOSE_WAIT：这个状态从表面也可以看出它的作用，就是等待关闭。当被动方接收到FIN时，会立刻回复一个ACK给对方，接下来就是进入CLOSE_WAIT状态。在这个状态中，被动方需要考虑自己还有没有数据要发送给对方，如果有可以继续发送，如果没有了就可以关闭连接了，发送一个FIN给对方。 这个状态其实也就是给自己一个缓冲的时间，让自己处理完需要处理的事，然后去关闭连接。

TIME_WAIT：这个状态就是一段时间后进行一些操作。当主动方收到了对方发来的FIN报文，并发出ACK报文，接下来就等2MSL就可以进入CLOSED状态了。其实，如果主动方在FIN_WAIT_1状态下，收到了对方的FIN+ACK标志的报文，就可以跳过FIN_WAIT_2状态直接进入TIME_WAIT状态了。

LAST_ACK：这个状态从表面不难不理解他的意思，这个状态就是被动方发送了FIN报文后，最后等待对方的ACK报文，收到ACK报文后就可以进入CLOSED状态了。

CLOSED：上面提到了几次这个状态，相比也猜出来了，这个状态表示的就是连接中断，已经关闭。

  在上面的TIME_WAIT状态中有提到过2MSL，那么什么是2MSL呢？那么来详细说一下TIME_WAIT状态和里面的2MSL。

四次挥手

TCP连接是双向传输的对等的模式，就是说双方都可以同时向对方发送或接收数据。当有一方要关闭连接时，会发送指令告知对方，我要关闭连接了。这时对方会回一个ACK，此时一个方向的连接关闭。但是另一个方向仍然可以继续传输数据，等到发送完了所有的数据后，会发送一个FIN段来关闭此方向上的连接。接收方发送ACK确认关闭连接。注意，接收到FIN报文的一方只能回复一个ACK, 它是无法马上返回对方一个FIN报文段的，因为结束数据传输的“指令”是上层应用层给出的，我只是一个“搬运工”，我无法了解“上层的意志”。

5总结

1为什么时间是2MSL

MSL即Maximum Segment Lifetime，就是最大报文生存时间，是任何报文在网络上的存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃。这里的2MSL是时间等待计时器设置的。

<1>、理由一

在Client发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。

<2>、理由二

client再发送完最后一个报文端ACK之后，再经过2MSL的时间，就可以是本次连接持续时间内的所有产生的报文段都消失，这样下一次连接中就不会出现旧的请求连接报文段。

2 为什么是四次握手

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。

3 为什么不能用两次握手进行连接？

 

答：3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。

 

       现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发 送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S 是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分 组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

4 如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。