TCP 连接管理：三次握手与四次挥手详解

TCP 连接管理：三次握手与四次挥手详解

一、三次握手：建立可靠连接

核心目标：确保通信双方具备正常的收发能力，同步初始序列号，避免历史连接干扰。

第一次握手（SYN）
客户端：发送 SYN=1（同步标志位）、seq=x（随机初始序列号）的报文，进入 SYN_SENT 状态。
作用：验证客户端的发送能力和服务端的接收能力。
风险规避：若报文丢失，客户端会重传，防止因网络延迟导致资源浪费。
第二次握手（SYN+ACK）
服务端：回复 SYN=1、ACK=1（确认标志位）、seq=y（随机初始序列号）、ack=x+1（确认客户端序列号）的报文，进入 SYN_RECV 状态。
作用：验证服务端的收发能力和客户端的收发能力。
关键点：服务端需分配资源（如缓存、连接表），但此时连接未完全建立。
第三次握手（ACK）
客户端：发送 ACK=1、seq=x+1、ack=y+1 的报文，进入 ESTABLISHED 状态。
服务端：收到确认后进入 ESTABLISHED 状态。
作用：最终确认服务端的接收能力，完成序列号同步。
数据传输：此后双方可开始可靠数据传输。
为什么需要三次？
两次握手无法解决历史连接问题：若客户端的旧 SYN 延迟到达，服务端会误建连接并分配资源，而客户端已忽略该请求，导致资源浪费。
三次握手确保双方状态同步：通过第三次确认，服务端能感知客户端的接收能力，避免单方面资源占用。

二、四次挥手：安全终止连接

核心目标：全双工连接需独立关闭两个方向的数据传输，确保数据完整性和资源释放。
第一次挥手（FIN）
主动方（如客户端）：发送 FIN=1、seq=u 的报文，进入 FIN_WAIT_1 状态。
作用：表示不再发送数据，但仍可接收数据。
半关闭状态：此时连接处于“发送关闭，接收开放”状态。
第二次挥手（ACK）
被动方（服务端）：回复 ACK=1、ack=u+1、seq=v 的报文，进入 CLOSE_WAIT 状态。
主动方：收到确认后进入 FIN_WAIT_2 状态。
作用：确认客户端的关闭请求，服务端可能仍有数据需发送。
第三次挥手（FIN）
被动方：发送 FIN=1、ACK=1、seq=w、ack=u+1 的报文，进入 LAST_ACK 状态。
作用：表示服务端数据发送完毕，请求关闭另一方向连接。
第四次挥手（ACK）
主动方：回复 ACK=1、seq=u+1、ack=w+1 的报文，进入 TIME_WAIT 状态。
被动方：收到确认后进入 CLOSED 状态，释放资源。
主动方：等待 2MSL（最大报文生存时间）后进入 CLOSED 状态。
作用：
确保最后一个 ACK 到达服务端（若丢失，服务端会重传 FIN）。
防止旧连接报文干扰新连接（2MSL 后网络中旧报文已失效）。
为什么需要四次？
全双工特性：TCP连接支持双向独立传输，每个方向需单独关闭。
数据完整性：服务端可能在收到 FIN 后仍有数据需发送，需通过第二次和第三次挥手分阶段处理。
可靠终止：TIME_WAIT 状态确保连接终止的可靠性，避免网络问题导致异常。

三、关键状态与标志位

三次握手状态：
客户端：CLOSED → SYN_SENT → ESTABLISHED
服务端：CLOSED → LISTEN → SYN_RECV → ESTABLISHED
四次挥手状态：
主动方：ESTABLISHED → FIN_WAIT_1 → FIN_WAIT_2 → TIME_WAIT → CLOSED
被动方：ESTABLISHED → CLOSE_WAIT → LAST_ACK → CLOSED
标志位：
SYN：同步序列号，建立连接时使用。
ACK：确认序号有效，连接建立后所有报文需置 ACK=1。
FIN：终止连接，表示数据发送完毕。

四、总结

三次握手：通过三个报文段建立可靠连接，解决历史连接问题，确保双方收发能力正常。
四次挥手：分阶段关闭全双工连接，保障数据完整性和资源释放，TIME_WAIT 状态增强可靠性。
设计精髓：TCP协议通过严谨的握手与挥手机制，在不可靠的网络中实现了可靠的数据传输。