TCP可靠传输（三次握手、四次挥手）

1. 三次握手（建立连接）

三次握手用于可靠地建立TCP连接，确保双方具备双向通信能力。过程如下：

1. 第一次握手（SYN）

   • 客户端 → 服务器：发送SYN=1报文，携带随机生成的初始序列号（ISN，如Seq=x）。

   • 目的：告知服务器客户端希望建立连接，并协商初始序列号。

   • 客户端状态：SYN_SENT。

2. 第二次握手（SYN-ACK）

   • 服务器 → 客户端：回复SYN=1, ACK=1报文，确认客户端的序列号（Ack=x+1），并携带服务器的初始序列号（Seq=y）。

   • 目的：确认客户端的SYN，并声明服务器的初始序列号。

   • 服务器状态：SYN_RECEIVED。

3. 第三次握手（ACK）

   • 客户端 → 服务器：发送ACK=1报文，确认服务器的序列号（Ack=y+1）。

   • 目的：告知服务器已收到SYN-ACK，连接正式建立。

   • 双方状态：进入ESTABLISHED，开始数据传输。

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为何需要三次握手？

• 防止历史连接干扰：若客户端发送的旧SYN因网络延迟到达，服务器会误认为新连接请求。通过三次握手，客户端可检测到重复SYN并拒绝（通过RST包）。

• 同步初始序列号：双方交换ISN，确保后续数据按序传输。

• 验证双向通信能力：三次交互确认双方的收发功能正常。

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2. 四次挥手（终止连接）

四次挥手用于安全关闭TCP连接，确保双方数据发送完毕。过程如下：

1. 第一次挥手（FIN）

   • 主动关闭方（如客户端） → 被动关闭方：发送FIN=1报文（如Seq=u）。

   • 目的：声明主动方不再发送数据，但仍可接收数据。

   • 主动方状态：FIN_WAIT_1。

2. 第二次挥手（ACK）

   • 被动关闭方 → 主动方：回复ACK=1报文（Ack=u+1）。

   • 目的：确认收到FIN，但被动方可能仍有数据待发送。

   • 被动方状态：CLOSE_WAIT（等待应用层处理剩余数据）。

   • 主动方状态：FIN_WAIT_2（等待被动方的FIN）。

3. 第三次挥手（FIN）

   • 被动关闭方 → 主动方：发送FIN=1报文（如Seq=v）。

   • 目的：被动方数据发送完毕，请求关闭连接。

   • 被动方状态：LAST_ACK（等待最终ACK）。

4. 第四次挥手（ACK）

   • 主动方 → 被动方：回复ACK=1报文（Ack=v+1）。

   • 目的：确认被动方的FIN，双方连接关闭。

   • 主动方状态：TIME_WAIT（等待2MSL时间后进入CLOSED）。

   • 被动方状态：收到ACK后立即进入CLOSED。

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为何需要四次挥手？

• 全双工通信：TCP连接允许双向独立传输数据，需分别关闭每个方向。

• 确保数据完整性：被动方可能仍需发送剩余数据，需延迟发送FIN。

• TIME_WAIT状态的意义：

  • 防止最后一个ACK丢失（被动方重传FIN时可再次回复ACK）。

  • 等待网络中残留的旧报文消亡（通过2MSL时间，通常1-4分钟）。

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3. 特殊场景

• 三次挥手：若被动方在第二次挥手时同时发送FIN和ACK（如无剩余数据），则四次挥手变为三次。

• 同时关闭：双方同时发起FIN，直接进入CLOSING状态，交换ACK后关闭。

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4. 总结

• 三次握手：确保双方初始序列号同步，验证双向通信能力。

• 四次挥手：保证数据完整传输，独立关闭双向连接。

• 设计核心：通过确认机制（ACK）和状态机管理，实现可靠连接。