TCP的三次握手与四次挥手

三次握手

所谓三次握手，就是客户端与服务端建立TCP连接时，需要发送三个包，俗称三次握手。

ACK：TCP协议规定只有ACK = 1时有效，因此连接建立后的每次数据传输ACK都必须为1.
SYN：在建立连接时，用来同步序号，当ACK为0且SYN为1时，表示这是一个同步序号。

连接建立之前，服务端处于Listen状态，客户端处于Closed状态。

• 第一次握手：客户端给服务端发送一个SYN报文，告诉服务器自己想与服务器建立连接，并指明客户端的初始序列号seq为x，可以认为这是一个随机数（防范攻击），此时客户端处于SYN_SENT状态。
• 第二次握手：服务器收到客户端的SYN请求报文后，会以自己的ACK报文作为应答，并指定自己的初始化序列号seq为y。同时会把客户端的seq序列号 + 1 作为ack发送过去，表示自己已经收到了客户端的SYN请求，此时服务器处于SYN_REVD状态。
• 第三次握手：客户端收到来自服务端的ACK和SYN后，将服务端的ISN + 1作为ack的值重新发送过去，表示已经收到了服务端的SYN报文，此时客户端处于ESTABLISHED状态。服务器收到ack报文后也处于ESTABLISHED状态。

此时双方已经建立了连接。

三次握手的作用

• 确认双方都具有接收和发送信息的能力。
• 指定初始化序列号，双方的窗口大小，为后面的可靠传输做准备。

为什么是三次握手，而不是两次或者四次

三次握手的目的就是在数据发送之前，服务端和客户端互相确认一下对方的收发功能是否正常。
首先分析四次的情况：
在三次握手的情况下，通信双发已经确认对方都具有发送和接收的能力，因此四次握手是没有必要的。

两次握手的情况：

• 在建立连接后，两次握手是无法确认客户端具有接收的能力。
• 假如客户端发送的连接请求在网络中滞留，经过一个超时重传时间后，客户端重传了一个连接请求，服务器会对两个请求都做出响应，这样的话就建立了两个连接，但是如果三次握手的话，客户端会忽略后面的服务器对响应做出的确认，因此不会建立新的连接。

如果已经建立了连接，但客户端出现了故障怎么办？

TCP设有一个保活计时器（心跳检测机制），客户端出现故障，服务端不可能一直等下去，白白浪费资源，服务器每次收到客户端的请求后，都会重置计时器，若在计时器的范围内还没有收到数据，服务器就会发送一个探测报文段，每隔75s发送一个，若间隔发送了10个还没有反应，服务器就认为客户端出问题了，断开连接，释放socket资源。

关闭TCP连接 ------- TCP的四次挥手

四次挥手的意思是关闭TCP连接时，服务端与客户端需要发送四个数据包，俗称四次挥手。因为TCP是全双工的，每个方向都需要独立关闭。客户端和服务端都可以主动关闭连接。

• 第一次挥手：客户端向服务端发送一个FIN，用来关闭客户端到服务器的数据传输，此时表明客户端已经没有数据发送给服务端了。客户端进入FIN_WAIT状态。
• 第二次挥手：服务端收到FIN后，发送ACK，确认序号为收到序号+1，告诉客户端我已经知道你没有资源发送给我了。服务端处于CLOSE_WAIT状态，客户端收到ACK后进入FIN_WAIT2状态。
• 第三次挥手：服务端向客户端发送一个FIN，用来关闭服务端到客户端的数据传送，服务端进入LAST_ACK状态。
• 第四次挥手：客户端收到FIN后，客户端进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给服务端，服务端进入CLOSED状态，四次挥手结束。

为什么会有TIME_WAIT状态？

• 确保对方有足够的时间接收ACK（确保最后一个报文到达），如果没有收到ACK包，会重新发送FIN包，因此这边也需要重新发送ACK包，ACK过去，FIN过来，这一来一回刚好2MSL，只要在大于或者等于2MSL时间没有收到FIN的重传，说明对方已经收到ACK了，最后这个ACK没有丢失。
• 避免新旧资源混淆：使得网咯中延迟的报文都消失在网络中，使其不会对后面的连接造成影响。

为什么握手四次而挥手需要三次？

因为TCP协议是全双工的，一方确定不发送数据后，还可以继续接收数据，需要等到双方都无数据再发，无数据再收，才达到真正的关闭。一方发送FIN包后仅能代表他没有数据发送了，但对方的可能还有数据要传送过来，因此关闭连接都需要双方主动关闭。确保缓冲区中数据发送完毕。