总结描述TCP三次握手四次挥手

Posted 2022-01-31 JohnnyFang

1. 三次握手

    TCP在传输数据之前，首先要建立好TCP连接，后续所有数据都基于这个已经建立的连接来传输，而建立TCP连接的过程通常被描述为三次握手（如下图）。

    首先服务端的服务进程已经监听在某个端口上，监听之后就可以一直等待客户端请求建立TCP连接。

    第一次握手：当客户端想要和服务端建立TCP连接时，首先会发送一个连接请求报文给服务端。在这份报文里，SYN=1，ACK=0（ACK表示占用一个比特位的ACK设置位），seq=x（序号不一定是1），这个包被称为SYN包，客户端发送完SYN包后将进入SYN_SENT状态。

    第二次握手：服务端收到报文后，凭借SYN=1和ACK=0知道这是建立TCP连接的请求包，如果确认与客户端建立TCP连接，则需做出回复。回复时，SYN=1，ACK=1，seq=y，ack=x+1（ack表示确认号），这个包被称为ACK包，服务端发送完ACK包后将进入SYN_RECV状态。

    第三次握手：客户端收到服务端的回复报文后，凭借SYN=1，ACK=1知道同意建立连接，仍需向服务端回复一个ACK包，回复时，SYN=0，ACK=1，seq=x+1，ack=y+1（SYN=0、ACK=1表示这不是请求建立连接的包，只是回复包）。客户端在发送完回复包后将进入ESTABLISHED状态，表示TCP连接在客户端这边已经建立好。服务端在收到客户端的回复包后也将进入ESTABLISHED状态。到此，TCP连接就建立完成。

    注意事项：服务端在回复客户端的时候，也发送了以一个SYN=1的包，相当于也是在请求客户端去建立TCP连接，所以客户端最后回复了一个ACK包。

    同时客户端回复的ACK包也避免了无效连接再次重生的问题。比如客户端发送SYN包后，某些原因导致服务端过很长时间也没收到，客户端就重新再发了一个SYN包，此时网络上就有了两个SYN包，而服务端如果与其中一个SYN包建立好连接，后面再收到一个又建立一次连接，就不是想要的结果了，客户端通过ACK包来回复确认，从而避免了这个问题。

2. 四次挥手

    在TCP连接断开（或释放）的时候，需要四次挥手的过程（如下图）。

    首先客户端和服务端在释放TCP连接前都已处于ESTABLISHED状态，假设客户端开始请求释放连接（也可以是服务端发出请求）。

    第一次挥手：客户端发送一个FIN包给服务端，FIN包中，FIN=1（表示这是一个请求关闭TCP连接的数据包），seq=u（假设此时序号是u），发送完后，客户端将从ESTABLISHED状态转变为FIN-WAIT-1状态。

    第二次挥手：服务端收到FIN包后，凭借FIN=1知道客户端请求关闭，于是发一个回复包给客户端，设置ACK=1，ack=u+1，seq=v（假设服务端发送的数据序号是v），发送完这个回复包后，服务端进入CLOSE-WAIT状态。

    到此阶段，客户端到服务端方向的连接就已经释放了，并不能传输数据给服务端。而服务端到客户端方向的连接还没关闭，服务端可以继续发送数据给客户端，客户端也能收到。因为此阶段只有一个方向的连接被释放，所以CLOSE-WAIT状态也被称为半关闭（HALF-CLOSE）状态。客户端在收到服务端的ACK包后，将进入FIN-WAIT-2状态，等到服务端发起到客户端这边的连接关闭请求。

    第三次挥手：当服务端确认没有数据发送给客户端后，开始主动关闭从服务端到客户端方向的TCP连接，此时会发送一个FIN包，设置FIN=1，ACK=1，ack=u+1，seq=w（重新设置一个值）。服务端发送完这个FIN+ACK包后进入LAST-ACK（最后确认）状态。

    第四次挥手：客户端收到服务端的FIN+ACK包后，需对服务端发送的关闭请求做出回复。回复时，ACK=1，seq=u+1，ack=w+1。客户端发送完这个ACK包后不会立即关闭，而是进入到TIME-WAIT阶段等待一段时间（2倍的MSL时长）。服务端在收到客户端回复的ACK包后，意味着服务端到客户端的连接关闭已经确认了，于是服务端开始关闭连接。客户端在等待了2MSL的时长后，将真正关闭连接。

    注意事项：客户端在回复ACK之后不立即关闭而是等待2MSL后才关闭，是为了保证发送的最后一个ACK包能被服务端收到。如果不等待2MSL时长直接关闭，服务端可能在超时时间内无法收到回复包，于是重传FIN+ACK包给客户端，此时客户端已关闭无法接收重传的包，最终导致服务端按照非正常状态退出连接。

3. 拟人化展现TCP三次握手和四次挥手

3.1 三次握手

    男女建立恋爱关系

[第一次握手]男：愿意做我女朋友吗？

[第二次握手]女：我愿意！你愿做我男朋友吗？

[第三次握手]男：我愿意！

双方达成统一意见，建立恋爱关系。

3.2 四次挥手

    在已经建立了恋爱关系的前提下，解除恋爱关系（两人通过手机短信分手）

【第一次挥手】男：感情淡了，散了吧，互删手机号并清记录那种，我先删清为敬。

【第二次挥手】女：得等到我把你养的小王八寄给你再删，免得看了倒胃口！

【第三次挥手】女：小王八你收到了吧？收到了我就删号清记录了。

【第四次挥手】男：小王八收到了。

确认男方的小王八已经收到，女方删除男方手机号清记录；男方看女方没有再回复，确认对方收到了回复也开始清记录，恋爱关系彻底结束。