TCP三次握手和四次挥手

正常情况下，TCP要经过三次握手建立连接，四次挥手断开连接

一.用到的相关术语

1）序号：小写字母
序列号 seq
确认号 ack

2）标志位：大写字母，其值要么为1 ，要么为 0
确认 ACK
同步 SYN
终止 FIN

二、TCP三次握手过程：

第一次握手：Client 将标志位 SYN 置为1，随机产生一个值 seq=x，并将该数据包发送给 Server，Client 进入SYN_SENT 状态，等待 Server 确认。
第二次握手：Server 收到数据包后由标志位 SYN=1 知道 Client 请求建立连接，Server 将标志位 SYN 和 ACK 都置为1，ack=x+1（表示需要 Client 下一次从哪个字节开始发送数据），随机产生一个值 seq=y，并将该数据包发送给Client 以确认自己已经收到了连接请求，Server 进入 SYN_RCVD 状态。
第三次握手：Client 收到确认应答后，检查 ack 是否为 x+1，ACK是否为 1，如果正确，则将标志位 ACK 置为 1，ack=y+1，并将该数据包发送给Server，然后Client 进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后 Client 与 Server 之间可以开始传输数据了。

三次握手图示：

三、TCP 四次挥手过程：

第一次挥手：Client 发送一个FIN，用来关闭 Client 到 Server 的数据传送，Client 进入 FIN_WAIT_1 状态。
第二次挥手：Server 收到 FIN 后，发送一个 ACK 给Client，确认序号为收到的序号值+1（与 SYN 相同，一个 FIN 占用一个序号），Server 进入CLOSE_WAIT 状态。
第三次挥手：Server 发送一个 FIN ，用来关闭 Server 到 Client 的数据传送，Server 进入LAST_ACK状态。
第四次挥手：Client 收到 FIN 后，Client 进入 TIME_WAIT 状态，接着发送一个 ACK 给 Server，确认序号为收到的序号值+1，Server 进入 CLOSED 状态，完成四次挥手。

四次挥手图示：

四、相关面经总结：

1.为什么需要三次握手，而不是二次握手？

• 为了实现 TCP 的可靠数据传输， TCP 协议的通信双方， 都必须维护一个自己的序列号， 以标识发送出去的数据包中， 哪些是已经被对方收到了，哪些对方没有收到。 三次握手的过程即是通信双方相互告知对方自己序列号的起始值， 并确认对方已经收到了自己的序列号起始值的必经步骤。
• 如果只是两次握手， 至多只有连接发起方的起始序列号能被确认， 而另一方的起始序列号，则得不到确认，因此就违背了 TCP 的可靠性原则。
• 为了实现可靠传输，发送方和接收方始终需要同步( SYN)自己的序号。 需要注意的是， 序号并不是从 0 开始的， 而是由发送方随机生成的一个初始序列号 ( ISN )开始的。 由于 TCP 是一个双向通信协议， 通信双方都有能力发送信息， 并接收响应。 因此，通信双方都需要随机产生一个初始的序列号， 并且把这个初始序列号的值告诉对方，对方收到后就要应答，因此需要三次握手。

2.第三次握手失败后怎么处理？

如果此时 ACK 在网络中丢失，那么 Server 端该 TCP 连接的状态为SYN_RECV，并且依次等待3秒、6秒、12秒后重新发送 SYN+ACK 包，以便Client 重新发送 ACK 包。Server 重发 SYN+ACK 包的次数，默认值为5，但可以修改。如果重发指定次数后，仍然未收到 ACK 应答，那么一段时间后，Server 自动关闭这个连接。但是 Client 认为这个连接已经建立，如果这时 Client 端向 Server 写数据，Server 端将以 RST 标志位响应，此时 Client 方能感知到Server 的错误。

3.为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次挥手？

Server 在 LISTEN 状态下，收到建立连接请求的 SYN 的报文后，可以直接把ACK 和 SYN 放在一个报文里发送给 Client，其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的，因此是三次握手。
而关闭连接时，当收到对方的 FIN 报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是对方还可以接收数据，己方也未必全部数据都已经发送给对方了，所以己方既可以立即关闭连接，发送 FIN 包，也可以发送一些数据给对方后，再发送 FIN 报文给对方，来表示自己现在请求关闭连接，因此，己方 ACK 和 FIN 一般都会分开发送，所以关闭时候是四次挥手。（关闭连接时，当 Server 端收到 FIN 报文时，很可能并不会立即关闭 SOCKET，所以只能先回复一个 ACK 报文，告诉 Client端，“你发的 FIN 报文我收到了”。只有等到我 Server 端所有的报文都发送完了，我才能发送 FIN 报文，因此不能一起发送，故需要四步握手。）

4.为什么 TIME_WAIT 状态需要经过 2MSL(最大报文段生存时间) 才能返回到CLOSE 状态？

MSL即Maximum Segment Lifetime，就是最大报文生存时间，是任何报文在网络上的存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃。

• Client 的最后一个 ACK 报文在传输的时候丢失，Server 并没有接收到这个报文。这个时候，Server 就会超时重传这个 FIN 消息，然后 Client 就会重新返回最后一个 ACK 报文，等待两个时间周期，完成关闭，Client 进入到 CLOSE 状态。如果不等待这两个时间周期，Server 重传的那条 FIN 消息 Client 可能就不会收到，因此 Client 就不会重传 ACK 了，Server 就会因为接收不到 Client 的 ACK 信息而无法正常关闭。（所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指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都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接）
• 防止“已失效的连接请求所携带的报文段”出现在本连接中。在发送完最后一个 ACK 报文段后,再经过 2MSL,就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段,都从网络中消失。这样就可以使下一个新的连接中不会出现这种错误的数据。

5.ISN代表什么？意义何在？

ISN，发送方的字节数据编号的起点。

6.ISN是固定不变的吗？

动态随机。

7.ISN为何要动态随机？

增加安全性，为了避免被第三方猜测到，防止网络攻击。

8.ACK状态位单独能承担这个消息传递的任务吗？

不能！需要有 Acknowledge Number配合才行。
如果我方发出的Acknowledge Number == 10001，那意味着序列号10000及之前的数据已经成功接收。

9.如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。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，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75分钟发送一次。若一连发送10个探测报文客户端仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。