TCP三次握手和四次挥手

本文转自https://blog.youkuaiyun.com/qq_38950316/article/details/81087809

Tcp header：

• 序列号seq：sequence，占四个字节。用来标记数据段的顺序，tcp把连接中发送的所有数据字节都编上一个序号，第一个字节的编号由本地随机产生;给字节编上序号后，就给每一个报文段指派一个序号，序列号seq就是这个报文段中的第一个字节的数据编号。

• 确认号ack：占四个字节，期待收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号；序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号；而确认号指的是接收到下一个字节的编号；因此当前报文段最后一个字节的编号+1即为确认号。

• 确认ACK：占1位，仅当ACK=1，确认号字段才有效。ACK=0,确认号无效。

• 同步SYN：synchronization，连接建立时用于同步序号，当SYN=1,ACK=0时：这是一个连接请求报文段，若同意连接，则在响应报文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示这个一个连接请求，或连接接受报文。SYN这个标志位只有在TCP建立连接时才会被置1.握手完成后SYN标志位被置0。

• 终止FIN：用于释放一个连接，FIN=1表示：此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放运输连接。

• 复位RST：reset，对方要求重新建立连接，复位。

• 紧急URG：urgency，紧急指针是否有效，当值为1时，表示某一位需要被优先处理。

• PSH：push，提示接收端应用程序立即从tcp缓冲区把数据读走。
  

PS：ACK, SYN & FIN这些大写的单词都表示标志位。其值要么是1，要么是0；ack，seq小写单词表示序号。

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tcp三次握手：

1. 第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=j）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：synchronize sequence numbers。

2. 第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN(ack=j+1)，同时自己也发送一个syn包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态。

3. 第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK（ack=k+1），此时发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED，tcp连接成功状态，完成三次握手。

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tcp四次挥手：

1. 第一次挥手：客户端进程发出连接释放报文FIN=1,并且停止释放数据报文首部，其序列号seq=u(等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1)。此时，客户端进入FIN-WAIT-1状态。tcp规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。

2. 第二次挥手：服务器接收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1,ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务器端进入了CLOSED-WAIT状态。tcp服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了。这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据发送了，但是服务器端若发送数据，客户端依然接收。这个状态持续一段时间，即CLOSED-WAIT状态持续的时间。

3. 第三次挥手：客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还要接收服务器发送的最后的数据）。

4. 第四次挥手：服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器可能又发送了一些数据，假定此时序号是seq=w，此时服务器就进入了LAST-ACK(最后确认)状态。

5. 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1,此时，客户端进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时tcp连接还没有释放，必须经过2*MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。

6. 服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的tcp连接。服务器结束的时间要提前客户端。

   
   

简单的来说，

对于三次握手，客户端首先发送一个连接请求syn包，此时客户端进入SYN_SENT状态；服务器端接收到syn包，返回一个确认应答包SYN+ACK，此时服务器进入了SYN_RECV状态；客户端接收到应答包后，发出一个确认ACK包，表示自己知道服务器端准备好了。tcp连接建立。

对于四次挥手，首先客户端发送一个请求释放FIN包，进入FIN-WAIT-1状态；

第二次，服务器接收到该包，返回一个确认包ACK表示自己知道了，此时客户端进入FIN-WAIT-2状态，服务器进入CLOSED-WAIT状态，此时客户端已经不发送数据了，处于等待状态；

第三次，直到等到服务器发送数据完毕，向客户端返回一个确认释放包FIN+ACK，此时服务器进入LAST-ACK状态；

第四次，客户端才接着发送一个确认包ACK，表示自己知道服务器确认关闭连接了，此时客户端进入TIME_WAIT状态，服务器只要接受到该ACK包就关闭tcp连接。

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1. 为什么不能用两次握手进行连接？

   理论上，客户端发送一个连接请求，服务器端接受并发送了确认，就会建立一个连接。但是实际上可能会出现死锁的问题，客户端发送了syn包，服务器端返回SYN+ACK时，该包在传输过程中丢失的情况下，客户端将不知道服务器端是否准备好，也不知道服务器建立什么样的序列号，在这种情况下，客户端认为连接尚未建立成功，将忽略服务器发来的任何数据分组，只等待确认应答分组。而服务器在发出的分组超时后，重复发送同样的分组，这样就形成了死锁。

2. 如果已经建立了连接，客户端出现故障？

   tcp设有一个保活计时器，如果客户端出现故障。服务器不能一直等下去，服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，若在时间范围内还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送给一个探测报文段，以后每隔固定时间就会发送一次，若一连发送10个探测报文段都没回应，服务器就认为客户端出现故障。关闭连接。

3. 为什么连接时三次握手，而关闭的时候确实四次挥手？

   首先对于tcp关闭连接，是双向的，而每一个方向的关闭，都需要请求和应答。对于在tcp请求连接时，服务器端返回SYN+ACK包，其中ACK报文是用于应答的，SYN报文是用于同步的，但是在关闭连接时，服务器端先返回一个ACK包，直到所有数据传送完毕后，才返回一个FIN包。

4. 为什么TIME_WAIT状态要经过2MSL才能返回到CLOSED状态？

   tcp四次挥手，关闭的方向是双向的，分别为客户端方向和服务器方向，而服务器关闭的时间要早于客户端的，2MSL时间主要是为了确保服务器端接收到最后的ACK报文。TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在client发送出最后的ACK报文后，该报文可能在传输中丢失，导致server没有收到ACK包，如果server没有收到ACK包，就会重发确认释放包FIN+ACK。所以client不能立即关闭，它必须确保服务器先关闭连接才能关闭连接，在TIME_WAIT状态，client会设置一个计时器，等待2MSL时间，即maximum segment lifetime。MSL指的是一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，client都没有再次接收到FIN片段，client就默认server已经关闭连接了，则结束tcp连接。

   1）确保最后一个应答报文段被服务器接收，如果服务器没接到这个应答报文段，那么就会重复发送连接释放请求FIN报文段。

   2）可能存在“已失效的连接请求报文段”，为了防止这种报文段出现在本次连接之外，需要等待一段时间防止串话。

5. 为什么ack=i+1?

    确认号是指期望接收到下一个字节的编号，因此当前报文段最后一个字节的编号+1即为确认号。