TCP的三次握手与四次挥手

Posted 2020-12-01 liuweida

1. TCP的特点

• TCP协议是全双工通信，即收发双发可以同时给对方发送消息，即A给B发送消息的同时，B也可以给A发送消息。而且双方谁先发起请求都可以。
• TCP协议是可靠通信：因为TCP协议有ack，即消息确认机制。
• 面向连接的：收发消息之前双方要先建立起连接，即三次握手。
• 长连接：会一直占用双发的端口。
• 流式传输：能够传输的数据长度几乎没有限制。流式传输我的理解就像流水一样，数据不间断，所有数据都连接在一起，当然并不是真的都连在一起，只是TCP内部为了尽量减少发送包的数量。由于TCP的优化算法，TCP发送消息时，并不会立即发送出去，而是会等一下，会尽量等发送端的缓冲区满了才会发送消息，如果发送的数据比较小，并且在时间范围内没有其他数据进来就会直接发送。

2. TCP的三次握手

• 第一次握手：客户端A向服务端B发送一个SYN=1链接请求，以及一个初始序列号seq=x，并进入SYN_SEND状态，等待服务器B确认。

• 第二次握手：服务端B接收到客户端A发来的SYN=1链接请求，并进行确认ack=x+1，即告诉客户端A我可以接收你接下来发送序列号为x+1的消息。同时服务器B也会向客户端A发送一个syn链接请求，以及一个初始化序列号seq=y，此时服务器B进入SYN_RECV状态。

• 第三次握手：客户端A接收到服务器发送的syn+ack确认包，向服务器B发送一个ack=y+1的确认包，即告诉服务器B我已经准备好接收你发送的序列号为y+1的数据。此时连接建立。

为什么不能是两次握手？

• 如果建立连接只需两次，那么客户端A向服务器B发送连接请求，如果此时网络延迟，客户端A的消息没有发送到服务器B，此时客户端A会重新发送请求，如果服务器B接收并正确应答，此时双方开始通信，通信结束后释放资源。但是，如果这个时候那个失效的连接请求到达服务器，服务器B接收到之后，会给客户端A回复应答消息，并请求建立连接，因为只有两次，此时服务器会认为已经建立连接，但是此时的客户端已经关闭，会导致服务器的这个端口一直被占用，如果这种情况较多，就会浪费服务器的连接资源。

为什么不能是四次握手？

• 如果是四次挥手，就会造成不必要的浪费，三次之后，A和B之间就可以互相通信了。

3. TCP的四次挥手

• TCP协议是全双工通信，双方均可进行关闭操作。

• 第一次挥手：客户端A主动发起关闭请求，给服务端B发送一个Fin=1关闭请求，以及一个初始序列号seq=u，此时客户端A进入FIN-WAIT-1状态。注：seq=u-1的消息是客户端A发送出的最后一个字节的序列号。

• 第二次挥手：服务端B收到客户端A发来的Fin关闭请求后，给客户端A回复一个ACK=1，ack=u+1的确认报文，并携带上自己的序列号seq=v，服务端B就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。ACK是确认好是否有效的标识，一般设置为1。

  客户端A收到该应答，进入FIN-WAIT-2状态，等待B发送连接释放请求。（在这之前可能还需要接受服务器发送的最后的数据）。

• 第三次挥手：服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，服务端B数据发送完毕后，服务器B向客户端A发送连接释放报文，内容包括：FIN=1，ACK=1，ack=u+1，seq=w，此时服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

• 第四次挥手：客户端A接收到服务器发送的连接释放报文后，给服务端B回复ACK=1，ack=w+1的确认报文，而自己的序列号是u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。此时，TCP连接还没有释放，需要等待2*MSL（最大报文段生存时间）时间后，若该时间段内没有服务器B的重发请求的话，客户端A就进入CLOSED状态，并撤销TCB。当服务器B收到确认应答后，也便进入CLOSED状态，撤销TCB。

  TCB 是传输控制模块的缩写,是某个TCP连接中保存通讯双方特征信息的一个结构体。

为什么最后客户端还要等待 2*MSL的时间呢?

MSL（Maximum Segment Lifetime），TCP允许不同的实现可以设置不同的MSL值，即最大报文段生存时间。

第一，保证客户端发送的最后一个ACK报文能够到达服务器，因为这个ACK报文可能丢失，站在服务器的角度看来，我已经发送了FIN+ACK报文请求断开了，客户端还没有给我回应，应该是我发送的请求断开报文它没有收到，于是服务器又会重新发送一次，而客户端就能在这个2MSL时间段内收到这个重传的报文，接着给出回应报文，并且会重启2MSL计时器。

第二，防止类似与“三次握手”中提到了的“已经失效的连接请求报文段”出现在本连接中。客户端发送完最后一个确认报文后，在这个2MSL时间中，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样新的连接中不会出现旧连接的请求报文。

为什么不是三次挥手？而是四次挥手？

因为当服务器确认客户端断开请求之后，服务端可能还有数据需要发送，所以要等数据发送完毕之后，服务端再发送断开连接请求。需要等待消息完全发送完毕，所以挥手多了一次。