聊聊TCP协议的三次握手和四次挥手

Posted 2021-04-03 爪哇部落格

这篇文章想跟大家聊聊TCP协议建立连接("三次握手")和断开连接("四次挥手")的过程；这里先提出几个问题，后面我们针对这些问题展开；

• 你知道什么是三次握手？为什么需要三次握手？

• 你知道什么是四次挥手？为什么需要四次挥手？

• 为什么建立连接是三次握手，而断开连接却需要四次挥手

认识TCP报文格式

 首先，我们先来一起认识一下TCP的报文格式：

 这里有几个概念跟大家强调一下：

序号：seq序号，占32位，用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记

确认序号：ack序号，32位，只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，ack=seq+1

标志位：

SYN	发起一个新连接
FIN	释放一个链接
RST	重置一个链接
PSH	接收方应尽快将报文交给应用层
ACK	确认序号有效
URG	紧急指针有效

TIPS：

• 标志位的ACK表示确认需要有效，请不要与ack( 确认序号)混淆。

• 确认方的 ack = 发送方 seq +1，两端配对用于确认请求

      

建立连接三次握手详解

什么是三次握手呢？其实就是建立TCP连接，就是指建立TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。

第一次握手：Client端将标志位 SYN 设置为1，并生成一个序号 seq=J 发送给Server端，Client 进入 SYN_SENT状态，等待Server端确认。

第二次握手：Server端发现SYN=1了解到Client需要建立连接，Server端将SYN 和 ACK 都设置为1，并将ack设置为J+1，并生成自己的序号 seq=K，发送给Client端以确认连接请求，Server端进入SYN_RCVD状态。

第三次握手：Client收到请求后发现ACK是否为1，确认ack是否等于J+1；验证通过后，设置ack为K+1，将标志位ACK设置为1，并将数据包发送给Server端；Server端验证通过后ACK标志位以及ack正确后，Server端和Client端都进入ESTABLISHED状态。

TIPS：整个三次握手的过程就是确认Client与Server端收发能力的过程

	Client	Server
第一次握手	-	接收能力
第二次握手	发送能力，接收能力	-
第三次握手	发送能力，接收能力	接收能力，发送能力

断开连接四次挥手详解

三次握手的过程，想必大家都耳熟能详；但是四次挥手的过程，少人却有能说的头头是道；所谓四次挥手就是断开连接，就是指断开连接时，需要客户端和服务端送过发送4个包已确认连接的断开。

由于TCP是全双工的，因此，每个方向都需要单独进行关闭；这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭，上图描述的即是如此。

第一次挥手：Client端发送一个FIN标志，用来关闭Client端到Server端的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。

第二次挥手：Server端收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态。

第三次挥手：Server端发送一个FIN，用来关闭Server端到Client端的数据传送，Server端进入LAST_ACK状态。

第四次挥手：Client端收到FIN后，Client端进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server端，确认序号为收到序号+1，Server端进入CLOSED状态，完成四次挥手。

上面是一方主动关闭，另一方被动关闭的情况，实际中还会出现同时发起主动关闭的情况，具体流程如下图：

以上过程，基本与四次挥手类似，可以参考四次挥手的流程，解读同时发起关闭的过程。

TIPS：为什么建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？

这是因为服务端在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时，当收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，己方也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即close，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方ACK和FIN一般都会分开发送。

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