三次握手四次挥手原理

TCP连接的三次握手和四次挥手是建立和释放可靠连接的核心机制，下面通过流程、报文细节、状态变化和常见问题展开说明：

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一、三次握手（Connection Establishment）

目的：同步双方的初始序列号（ISN），确认双方收发能力正常。

详细流程：

1. 第一次握手（SYN=1, seq=x）

   • 客户端发送SYN报文（SYN=1，表示请求建立连接）
   • 随机生成初始序列号seq=x（ISN，避免历史冲突）
   • 客户端状态：CLOSED → SYN_SENT

2. 第二次握手（SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1）

   • 服务端收到SYN后，回复SYN+ACK报文：
     • SYN=1：服务端也发起同步
     • ACK=1：确认客户端的SYN
     • seq=y：服务端的初始序列号
     • ack=x+1：期望下次收到客户端x+1号数据
   • 服务端状态：LISTEN → SYN_RCVD

3. 第三次握手（ACK=1, seq=x+1, ack=y+1）

   • 客户端确认服务端的SYN：
     • ACK=1：确认服务端的SYN
     • seq=x+1（因第一次握手消耗一个序列号）
     • ack=y+1：期望下次收到服务端y+1号数据
   • 状态变化：
     • 客户端：SYN_SENT → ESTABLISHED
     • 服务端收到后：SYN_RCVD → ESTABLISHED

关键点：

• 为什么需要三次？
  防止已失效的SYN请求突然到达服务端导致资源浪费（两次无法阻止历史重复报文）。
• ISN随机生成：避免预测序列号发动攻击。

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二、四次挥手（Connection Termination）

目的：双方独立关闭数据通道，确保数据完整传输。

详细流程：

1. 第一次挥手（FIN=1, seq=u）

   • 主动关闭方（如客户端）发送FIN报文（FIN=1）
   • 携带当前序列号seq=u（等于已发送数据的最后一个字节+1）
   • 客户端状态：ESTABLISHED → FIN_WAIT_1

2. 第二次挥手（ACK=1, ack=u+1）

   • 被动关闭方（如服务端）回复ACK确认：
     • ack=u+1：期望下次收到u+1号数据
   • 服务端状态：ESTABLISHED → CLOSE_WAIT
   • 客户端状态：收到后FIN_WAIT_1 → FIN_WAIT_2
   • 此时客户端→服务端方向连接关闭，但服务端仍可发送数据。

3. 第三次挥手（FIN=1, seq=v, ack=u+1）

   • 服务端数据发送完毕后，发送FIN报文：
     • seq=v：服务端最终序列号
     • ack=u+1：仍确认客户端的FIN
   • 服务端状态：CLOSE_WAIT → LAST_ACK

4. 第四次挥手（ACK=1, ack=v+1）

   • 客户端确认服务端的FIN：
     • ack=v+1：确认服务端的关闭请求
   • 客户端状态：FIN_WAIT_2 → TIME_WAIT（等待2MSL）→ CLOSED
   • 服务端状态：收到后LAST_ACK → CLOSED

关键点：

• 为什么需要四次？
  TCP是全双工的，必须分别关闭两个方向的数据流。
• TIME_WAIT状态的作用：
  • 确保最后一个ACK能到达服务端（若丢失，服务端会重传FIN）
  • 让网络中残留的旧报文失效（等待2MSL，即2倍最大报文生存时间）。

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三、常见问题分析

1. 握手时SYN洪泛攻击（SYN Flood）如何防范？

• 原理：攻击者发送大量SYN但不回复ACK，耗尽服务端资源。
• 解决方案：
  • SYN Cookie技术（不保存半连接状态）
  • 限制SYN并发速率

2. 为什么TIME_WAIT需要2MSL？

• MSL（Maximum Segment Lifetime）：报文最大生存时间（通常30s-2min）
• 两个目的：
  • 确保最后一个ACK能重传到对端
  • 让本连接的所有报文在网络中消失，避免影响新连接

3. 出现大量CLOSE_WAIT状态怎么办？

• 原因：被动关闭方未调用close()释放连接。
• 排查：检查应用程序是否漏了关闭Socket或线程阻塞。

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四、抓包示例（Wireshark）

• 三次握手：

  #1 [SYN] Seq=0  
  #2 [SYN, ACK] Seq=0, Ack=1  
  #3 [ACK] Seq=1, Ack=1  
  

• 四次挥手：

  #1 [FIN, ACK] Seq=1, Ack=1  
  #2 [ACK] Ack=2  
  #3 [FIN, ACK] Seq=1, Ack=2  
  #4 [ACK] Ack=2  
  

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五、协议设计思想

• 三次握手：最小化资源占用前提下保证可靠性。
• 四次挥手：优雅关闭全双工通道，兼顾效率与数据完整性。

如果需要进一步分析特定场景（如握手失败、RST报文等），可以继续探讨！