正确理解三次握手&四次挥手

上一篇讲HTTP协议的时候提到了TCP连接的建立和释放，事实上这两个过程就分别对应了三次握手和四次挥手，于是我仔细研究了一下这两个过程，写下这篇文章做个总结。

一、TCP报文格式

三次握手就是客户端和服务端总共发送三个包来确认连接的建立，四次握手是客户端和服务端总共发送四个包来确认连接的释放。这个包指的就是TCP报文，我们来看一下它具体格式：

1、序号：Seq序号，占32位，用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记。
2、确认号：ack序号，占32位，只有当ACK=1时，ack才有效，ack = Seq+1。
3、标志位：分为URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN。这里主要涉及的有:
ACK：若ACK=1，确认序号有效。
SYN：若SYN=1，发起新的连接。
FIN：若FIN=1，释放连接。

二、三次握手

通俗的来讲一下三次握手的过程(假设Alice给Bob打电话，Alice为客户端，Bob为服务端)：
1、Alice给Bob打电话相当于客户端试图与服务端建立连接。
2、Bob接到电话，说了一句：“你好，这里是Bob。”，Alice听到就明白了对方正是Bob，这一步相当于服务端接到了客户端的请求，然后发送消息给客户端，客户端接收到消息确认服务端接收到了自己请求连接的消息。
3、Alice回复了Bob：“你好Bob，这里是Alice。”，Bob听到了后就知道对方是Alice，然后双方就开是交谈了。这一步相当于客户端回复服务端的消息，确认受到了服务端的消息，服务端收到了客户端回复的消息，TCP连接建立成功。
我们具体看看三次握手过程：

(1)第一次握手：Client将SYN置为1，表示请求建立连接，产生一个随机数seq=J，将该数据包发送给Server。Client进入SYN_SENT状态。
(2)第二次握手：Server收到数据包后通过SYN=1知道Client试图建立连接，Server将SYN和ACK都置为1，ack=J+1，产生一个随机数seq=K，将该数据包发送给Client。Server进入SYN_RCVD状态。
(3)第三次握手：Client收到Server发来的数据包，通过SYN=1知道Server试图建立连接，通过ack=J+1知道Server确实收到了自己的消息，确认后将ACK置为1，ack=K+1，将数据包发送给Server。Server收到后确认ack=K+1,知道Client收到了自己的消息，双方进入ESTABLISHED状态，连接建立成功。
SYN攻击
Server在收到Client发送的请求连接的数据包后发送SYN-ACK后，Server端进入SYN_RCVD状态，此状态称为半连接状态。当Server处于SYN_RCVD时，攻击者伪造大量不存在的IP地址，向Server发送SYN包，Server回复确认包，并等待Client确认，因为是不存在的IP地址，因此Server会不断的重发造成超时，这些伪造的SYN包将长期占用未连接队列，造成正常的SYN因队列已满被丢弃，进而造成网络阻塞或瘫痪。SYN攻击是一种典型的DDOS攻击，如果Server有上有大量处于半连接状态且源IP地址是随机的，就可以断定遭到了SYN攻击。

三、四次挥手

再以刚才的那个例子为例，Alice和Bob在通话：
1、Alice觉得话说完了，Alice说：“今天讲话就到这里吧。”（客户端发送消息告诉服务端释放连接）。
2、Bob听到以后，觉得自己还有一点话没说完，接着讲话。（服务端接着在向客户端发送消息）。
3、Bob也觉得自己讲完了，说：“那今天就到这里吧。”（服务端告诉客户端释放连接）。
4、Alice接收到后双方挂了电话。（相当于释放连接）。
下面是四次挥手的流程图：
(1)第一次挥手：Client将Fin=1，表示请求释放连接，生成一个随机数Seq=M，将数据包发送给Server，Client进入FIN_WAIT_1状态。
(2)第二次挥手：Server收到Fin后，将ACK置为1，ack=M+1，这里事实上还生成了一个随机数Seq=D，将该数据包发送给Client，Server进入CLOSE_WAIT状态。
(3)第三次挥手：Server将Fin=1，生成一个随机数seq=N，将该数据包发送给Client，Server进入Last_ASK状态。
(4)第四次挥手：Client收到Fin=1，知道Server要释放连接，进入TIME_WAIT状态，接着将ACK=1，ack=N+1,将该数据包发送给Server，确认收到了消息。Server收到后进入CLOSED状态。2MSL后Client进入CLOSED状态。

为什么要进行三次握手，只进行两次可以吗？

如果将三次握手改成两次的话，可能发生死锁。我们考虑这样一种情况，Client发送请求连接的消息，Server接收到之后将确认收到的消息发送给Client。如果是两次握手的话，这个时候Server已经认为Client接收到了，连接已经建立成功，Server可以开始发送数据分组了。如果Server传输过去的应答包在中途丢失，Client将接收不到应答包，Client将不知道Server是否已经准备好，不知道Server建立了什么样的序列号，甚至怀疑请求连接的包是否发送给了Server，这种情况下Client将认为没有建立连接，将会一直等待Server发送确认消息。而Server发送的数据分组因为被Client忽略，Server会等不到Client的确认消息而超时，然后又会不断发送该数据分组造成死锁。

四次挥手为什么不能是三次呢？

当Client发送释放连接消息的时候，Server即使接收到了此消息，很有可能这个时候Server还有数据分组没有发送完毕，需要将剩下的数据分组发送完毕以后，才能发送释放连接的消息。所以这多出来的一次挥手就是将剩下的数据分组发送完毕。

四次挥手中2MSL是什么？

MSL是报文最大生存时间，2MSL就是2倍MSL的时间。
设置2MSL的目的主要是为了怕最后一个ask包对方没有收到，如果对方没有收到，对方会因为超时再次发送一个Fin包，主动关闭端收到以后会再次发送一个ask应答包。在TIME_WAIT状态时两端的端口不能使用，要等到2MSL时间结束才可继续使用。当连接处于2MSL等待阶段时任何迟到的报文段都将被丢弃。