TCP三次握手、四次挥手的详解

三次握手：为了对每次发送的数据量进行跟踪与协商，确保数据段的发送和接收同步，根据所接收到的数据量而确认数据发送、接收完毕后何时撤消联系，并建立虚连接。

四次挥手：即终止TCP连接，就是指断开一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。

一、三次握手（建立连接）

第一次握手：客户端发送一个SYN（同步序列编号）报文到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认。

第二次握手：服务器接收到客户端的SYN报文后，需要确认客户端的SYN（确认号ACKnum = 客户端的SYN序号+1），同时自己也发送一个SYN报文（服务器的SYN序号）。这个报文和服务器的SYN一起发送给客户端，服务器此时进入SYN_RECEIVED状态。

第三次握手：客户端收到服务器的SYN-ACK报文后，会确认服务器的SYN（确认号ACKnum = 服务器的SYN序号+1），并将确认ACK发送回服务器，此时客户端和服务器都进入ESTABLISHED状态，连接建立成功。。

三次握手图解为：

二、四次挥手（断开连接）

第一次挥手：当连接的一端完成数据传输后，它需要发送一个FIN（结束）报文到另一端，并进入FIN_WAIT_1状态，等待对方确认。

第二次挥手：接收到FIN报文的另一端，会发送一个ACK报文作为确认，并将确认号设置为对方的FIN序号+1，此时对方进入FIN_WAIT_2状态。

第三次挥手：在发送了ACK报文并确认了对方的FIN报文后，这一端也发送一个FIN报文，请求关闭连接。发送完FIN报文后，该端进入LAST_ACK状态。

第四次挥手：最初发送FIN报文的那一端收到对方的ACK报文后，进入TIME_WAIT状态。收到最后的FIN报文后，发送最后的ACK报文，并进入CLOSED状态。在TIME_WAIT状态持续的时间（通常是2倍的最大报文生存时间MSL）过后，确保对方收到了最后的ACK报文，连接最终关闭。

四次挥手图解为：

三、疑问解答 

1.为什么要进行三次握手而不是两次或四次？

答：三次握手能够确保双方都具备发送和接收数据的能力，并同步初始的序列号。两次握手可能会导致旧的连接请求再次被服务器接收，而四次挥手则是确保双方都明确地知道连接已经关闭。

2.为什么要进行四次挥手而不是三次或两次？

答：四次挥手是因为TCP连接是全双工的，意味着数据可以在两个方向上独立地同时传输。每个方向的连接单独进行关闭，因此需要两个步骤来终止每个方向的连接，总共四个步骤来确保连接完全关闭。如果使用两次挥手，那么可能一方已经关闭了发送通道，但另一方仍然在发送数据，这样就不会正确地关闭连接。

3.为什么确认（ACK）报文要放在三次握手的第二个步骤？

答：这样做是为了确保双方都能发送和接收数据。在第一步中，客户端发送SYN报文，如果服务器不能响应，那么客户端无法知道服务器是否能够接收数据。在第二步中，服务器发送SYN-ACK报文，既确认了客户端的SYN报文，又发送了自己的SYN报文。这样，客户端就能在第二步确认服务器的状态。

4.为什么TIME_WAIT状态需要持续一段时间？

答：在TIME_WAIT状态期间，确保旧的连接请求或响应不会被错误的方接收。这是通过确保足够的时间让网络中可能延迟的旧的TCP段被丢弃来实现的。这样，当新的连接请求到来时，就不会与旧的连接信息发生冲突。

5.为什么TIME_WAIT状态持续的时间通常是2倍的最大报文生存时间（MSL）？

答：MSL是决定一个TCP段在网络中可以存在多久的时间。在TIME_WAIT状态期间，系统必须等待足够长的时间，以确保任何在连接断开前发送的、可能延迟的TCP段都有机会被网络丢弃。通常是2倍MSL，但这个值可以根据特定的网络环境进行调整。

四、11种状态名词解析

LISTEN：等待从任何远端TCP 和端口的连接请求。
 
SYN_SENT：发送完一个连接请求后等待一个匹配的连接请求。
 
SYN_RECEIVED：发送连接请求并且接收到匹配的连接请求以后等待连接请求确认。
 
ESTABLISHED：表示一个打开的连接，接收到的数据可以被投递给用户。连接的数据传输阶段的正常状态。
 
FIN_WAIT_1：等待远端TCP 的连接终止请求，或者等待之前发送的连接终止请求的确认。
 
FIN_WAIT_2：等待远端TCP 的连接终止请求。
 
CLOSE_WAIT：等待本地用户的连接终止请求。
 
CLOSING：等待远端TCP 的连接终止请求确认。
 
LAST_ACK：等待先前发送给远端TCP 的连接终止请求的确认（包括它字节的连接终止请求的确认）
 
TIME_WAIT：等待足够的时间过去以确保远端TCP 接收到它的连接终止请求的确认。
TIME_WAIT 两个存在的理由：
          1.可靠的实现tcp全双工连接的终止；
          2.允许老的重复分节在网络中消逝。
 
CLOSED：不在连接状态（这是为方便描述假想的状态，实际不存在）

总结来说，TCP协议通过三次握手建立连接，确保双方都能正常通信，并通过四次挥手断开连接，确保双方都能正确地结束通信会话。这些机制保证了TCP连接的可靠性和稳定性。