1. TCP協議基礎

網絡編程基礎見，傳送門

TCP是面向連接的，無論哪一方向另一方發送數據之前，都必須先在雙方之間建立一條連接。
在TCP/IP協議中，TCP協議提供可靠的連接服務，連接是通過三次握手進行初始化的。
三次握手的目的是同步連接雙方的序列號和確認號并交換 TCP窗口大小信息。

TCP網絡傳輸示意圖：

2. 三次握手(3-Way Handshake)

• 第一次握手：建立連接。
  客戶端發送連接請求報文段，將SYN位置為1，Sequence Number為x；然后，客戶端進入SYN_SENT狀態，等待服務器的確認；

• 第二次握手：服務器收到SYN報文段。
  服務器收到客戶端的SYN報文段，需要對這個SYN報文段進行確認，設置Acknowledgment Number為x+1(Sequence Number+1)；同時，自己自己還要發送SYN請求信息，將SYN位置為1，Sequence Number為y；
  服務器端將上述所有信息放到一個報文段（即SYN+ACK報文段）中，一并發送給客戶端，此時服務器進入SYN_RECV狀態；

• 第三次握手：客戶端收到服務器的SYN+ACK報文段。然后將Acknowledgment Number設置為y+1，向服務器發送ACK報文段，這個報文段發送完畢以后，客戶端和服務器端都進入ESTABLISHED狀態，完成TCP三次握手。
  完成了三次握手，客戶端和服務器端就可以開始傳送數據。

問題

• 1.為什么要三次握手?
  既然總結了TCP的三次握手，那為什么非要三次呢？怎么覺得兩次就可以完成了。那TCP為什么非要進行三次連接呢？在謝希仁的《計算機網絡》中是這樣說的：為了防止已失效的連接請求報文段突然又傳送到了服務端，因而產生錯誤。
  在書中同時舉了一個例子，如下：
  “已失效的連接請求報文段”的產生在這樣一種情況下：
  client發出的第一個連接請求報文段并沒有丟失，而是在某個網絡結點長時間的滯留了，以致延誤到連接釋放以后的某個時間才到達server。本來這是一個早已失效的報文段。但server收到此失效的連接請求報文段后，就誤認為是client再次發出的一個新的連接請求。于是就向client發出確認報文段，同意建立連接。
  假設不采用“三次握手”，那么只要server發出確認，新的連接就建立了。由于現在client并沒有發出建立連接的請求，因此不會理睬server的確認，也不會向server發送數據。但server卻以為新的運輸連接已經建立，并一直等待client發來數據。這樣，server的很多資源就白白浪費掉了。
  采用“三次握手”的辦法可以防止上述現象發生。例如剛才那種情況，client不會向server的確認發出確認。server由于收不到確認，就知道client并沒有要求建立連接?！?/li>

防止了服務器端的一直等待而浪費資源。

為什么是3次握手，不是2次握手?

start of a TCP conversation between Alice and Bob: Alice —> Bob
SYNchronize with my Initial Sequence Number of X Alice <— Bob I
received your syn, I ACKnowledge that I am ready for [X+1] Alice <—
Bob SYNchronize with my Initial Sequence Number of Y Alice —> Bob I
received your syn, I ACKnowledge that I am ready for [Y+1]
如果是2次握手，只能單向通信（1個發syn，一個ack），而事實上TCP是全雙工，雙方都需要建立ISN（Initial Sequence
Number ），彼此都需要知道對方的ISN

3次握手，邏輯上是4次握手，是有序的2次互通信

TCP connection is bidirectional. What this means is that it actually is a pair of one-way connections.The initiator sends SYN, the responder sends ACK: one simplex connection begins. “Then” the responder sends SYN, the initiator sends ACK: another simplex connection begins. Two simplex connections form one duplex TCP session So logically there are four steps involved; but because SYN and ACK flags are different “fields” of TCP header, they can be set simultaneously - the second and the third steps (of the four) are combined, so technically there are three packet exchanges. Each simplex (half-)connection uses 2-way exchange, as you proposed.Each client will perform an active OPEN and then proceed through both the SYN-SENT and SYN-RECEIVED states until their SYNs are acknowledged. This means there isn’t a “three-way handshake” any more as shown. Instead, it is like two simultaneous “two-way handshakes”. Each client sends a SYN, receives the other’s SYN and ACKs it, and then waits for its own ACK.

2. 四次結束(4-Way Handshake)

當客戶端和服務器通過三次握手建立了TCP連接以后，當數據傳送完畢，肯定是要斷開TCP連接的啊。那對于TCP的斷開連接，這里就有了神秘的“四次分手”。

• 第一次分手：主機1（可以使客戶端，也可以是服務器端），設置Sequence Number和Acknowledgment Number，向主機2發送一個FIN報文段；此時，主機1進入FIN_WAIT_1狀態；這表示主機1沒有數據要發送給主機2了；

• 第二次分手：主機2收到了主機1發送的FIN報文段，向主機1回一個ACK報文段，Acknowledgment Number為Sequence Number加1；主機1進入FIN_WAIT_2狀態；主機2告訴主機1，我“同意”你的關閉請求；

• 第三次分手：主機2向主機1發送FIN報文段，請求關閉連接，同時主機2進入LAST_ACK狀態；

• 第四次分手：主機1收到主機2發送的FIN報文段，向主機2發送ACK報文段，然后主機1進入TIME_WAIT狀態；主機2收到主機1的ACK報文段以后，就關閉連接；此時，主機1等待2MSL后依然沒有收到回復，則證明Server端已正常關閉，那好，主機1也可以關閉連接了。
  至此，TCP的四次分手就這么愉快的完成了。

為什么要四次分手?
TCP協議是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的運輸層通信協議。
TCP是全雙工模式，這就意味著，
當主機1發出FIN報文段時，只是表示主機1已經沒有數據要發送了，主機1告訴主機2，它的數據已經全部發送完畢了；但是，這個時候主機1還是可以接受來自主機2的數據；
當主機2返回ACK報文段時，表示它已經知道主機1沒有數據發送了，但是主機2還是可以發送數據到主機1的；
當主機2也發送了FIN報文段時，這個時候就表示主機2也沒有數據要發送了，就會告訴主機1，我也沒有數據要發送了，之后彼此就會愉快的中斷這次TCP連接。
如果要正確的理解四次分手的原理，就需要了解四次分手過程中的狀態變化。

• FIN_WAIT_1: 這個狀態要好好解釋一下，其實FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2狀態的真正含義都是表示等待對方的FIN報文。而這兩種狀態的區別是：FIN_WAIT_1狀態實際上是當SOCKET在ESTABLISHED狀態時，它想主動關閉連接，向對方發送了FIN報文，此時該SOCKET即進入到FIN_WAIT_1狀態。而當對方回應ACK報文后，則進入到FIN_WAIT_2狀態，當然在實際的正常情況下，無論對方何種情況下，都應該馬上回應ACK報文，所以FIN_WAIT_1狀態一般是比較難見到的，而FIN_WAIT_2狀態還有時常常可以用netstat看到。（主動方）

• FIN_WAIT_2：上面已經詳細解釋了這種狀態，實際上FIN_WAIT_2狀態下的SOCKET，表示半連接，也即有一方要求close連接，但另外還告訴對方，我暫時還有點數據需要傳送給你(ACK信息)，稍后再關閉連接。（主動方）

• CLOSE_WAIT：這種狀態的含義其實是表示在等待關閉。怎么理解呢？當對方close一個SOCKET后發送FIN報文給自己，你系統毫無疑問地會回應一個ACK報文給對方，此時則進入到CLOSE_WAIT狀態。接下來呢，實際上你真正需要考慮的事情是察看你是否還有數據發送給對方，如果沒有的話，那么你也就可以 close這個SOCKET，發送FIN報文給對方，也即關閉連接。所以你在CLOSE_WAIT狀態下，需要完成的事情是等待你去關閉連接。（被動方）

• LAST_ACK: 這個狀態還是比較容易好理解的，它是被動關閉一方在發送FIN報文后，最后等待對方的ACK報文。當收到ACK報文后，也即可以進入到CLOSED可用狀態了。（被動方）

• TIME_WAIT: 表示收到了對方的FIN報文，并發送出了ACK報文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用狀態了。如果FINWAIT1狀態下，收到了對方同時帶FIN標志和ACK標志的報文時，可以直接進入到TIME_WAIT狀態，而無須經過FIN_WAIT_2狀態。（主動方）

• CLOSED: 表示連接中斷。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的TCP协议——三次握手与四次关闭的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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