一、三次握手

（1）第一次握手：Client進入SYN_SENT狀態(tài)，發(fā)送一個SYN幀來主動打開傳輸通道，該幀的SYN標志位被設置為1，同時會帶上Client分配好的SN序列號，該SN是根據(jù)時間產生的一個隨機值，通常情況下每間隔4ms（毫秒）會加1。除此之外，SYN幀還會帶一個MSS（最大報文段長度）可選項的值，表示客戶端發(fā)送出去的最大數(shù)據(jù)塊的長度。

（2）第二次握手：Server在收到SYN幀之后，會進入SYN_RCVD狀態(tài)，同時返回SYN+ACK幀給Client，主要目的在于通知Client“Server已經收到SYN消息，現(xiàn)在需要進行確認”。Server發(fā)出的SYN+ACK幀的ACK標志位被設置為1，其確認序號AN（Acknowledgment Number）值被設置為Client的SN+1；SYN+ACK幀的SYN標志位被設置為1，SN值為Server生成的SN序號；SYN+ACK幀的MSS（最大報文段長度）表示的是Server的最大數(shù)據(jù)塊長度。

（3）第三次握手：Client在收到Server的第二次握手SYN+ACK確認幀之后，首先將自己的狀態(tài)從SYN_SENT變成ESTABLISHED，表示自己方向的連接通道已經建立成功，Client可以發(fā)送數(shù)據(jù)給Server了。然后，Client發(fā)ACK幀給Server，該ACK幀的ACK標志位被設置為1，其確認序號AN（Acknowledgment Number）值被設置為Server的SN+1。還有一種情況，Client可能會將ACK幀和第一幀要發(fā)送的數(shù)據(jù)合并到一起發(fā)送給Server。Server在收到Client的ACK幀之后會從SYN_RCVD狀態(tài)進入ESTABLISHED狀態(tài)。至此，Server方向的通道連接建立成功。Server可以發(fā)送數(shù)據(jù)給Client，TCP的全雙工連接建立完成。三次握手的交互過程如圖

?Client和Server完成了三次握手后，雙方就進入數(shù)據(jù)傳輸階段。數(shù)據(jù)傳輸完成后，連接將斷開。連接斷開的過程需要經歷四次揮手。

二、四次揮手

在TCP連接開始斷開（或者拆接）的過程中，連接的每個端都能獨立、主動地發(fā)起。四次揮手的具體過程如下：

（1）第一次揮手：主動斷開方（可以是客戶端，也可以是服務端），向對方發(fā)送一個FIN結束請求報文，此報文的FIN位被設置為1，并且正確設置Sequence Number（序列號）和AcknowledgmentNumber（確認號）。發(fā)送完成后，主動斷開方進入FIN_WAIT_1狀態(tài)，表示主動斷開方沒有業(yè)務數(shù)據(jù)要發(fā)送給對方，準備關閉Socket連接了。

（2）第二次揮手：正常情況下，在收到了主動斷開方發(fā)送的FIN斷開請求報文后，被動斷開方會發(fā)送一個ACK響應報文，報文的Acknowledgment Number（確認號）值為斷開請求報文的SequenceNumber（序列號）加1，該ACK確認報文的含義是：“我同意你的連接斷開請求”。之后，被動斷開方就進入了CLOSE-WAIT（關閉等待）狀態(tài)，TCP服務會通知高層的應用進程，對方向本地方向的連接已經關閉，已經沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，若本地還要發(fā)送數(shù)據(jù)給對方，對方依然會接收。被動斷開方的CLOSE-WAIT（關閉等待）還要持續(xù)一段時間，也就是整個CLOSE-WAIT狀態(tài)持續(xù)的時間。主動斷開方在收到了ACK報文后，由FIN_WAIT_1轉換成FIN_WAIT_2狀態(tài)。

（3）第三次揮手：在發(fā)送完成ACK報文后，被動斷開方還可以繼續(xù)完成業(yè)務數(shù)據(jù)的發(fā)送，待剩余數(shù)據(jù)發(fā)送完成或者CLOSE-WAIT（關閉等待）截止后，被動斷開方會向主動斷開方發(fā)送一個FIN+ACK結束響應報文，表示被動斷開方的數(shù)據(jù)都發(fā)送完了，然后被動斷開方進入LAST_ACK狀態(tài)。

（4）第四次揮手：主動斷開方收到FIN+ACK斷開響應報文后，還需要進行最后的確認，向被動斷開方發(fā)送一個ACK確認報文，然后自己就進入TIME_WAIT狀態(tài)，等待超時后最終關閉連接。處于TIME_WAIT狀態(tài)的主動斷開方在等待完成2MSL的時間后，如果期間沒有收到其他報文，則證明對方已正常關閉，主動斷開方的連接最終關閉。被動斷開方在收到主動斷開方的最后ACK報文以后，最終關閉連接，什么也不用管了。四次揮手的全部交互過程如圖

處于TIME_WAIT狀態(tài)的主動斷開方在等待2MSL時間后才真正關閉連接通道。2MSL翻譯過來就是兩倍的MSL。MSL（Maximum Segment Lifetime）指的是一個TCP報文片段在網絡中的最大存活時間，2MSL就是一次消息來回（一個發(fā)送和一個回復）所需的最大時間。如果直到2MSL主動斷開方都沒有再一次收到對方的報文（如FIN報文），則可以推斷ACK已經被對方成功接收。此時，主動斷開方將最終結束自己的TCP連接。所以，TCP的TIME_WAIT狀態(tài)也稱為2MSL等待狀態(tài)。

有關MSL的具體時間長度，在RFC1122協(xié)議中推薦為2分鐘，在SICS（瑞典計算機科學院）開發(fā)的一個小型開源的TCP/IP協(xié)議棧——LwIP開源協(xié)議棧中默認為1分鐘，在源自Berkeley的TCP協(xié)議棧實現(xiàn)中默認為30秒。總體來說，TIME_WAIT（2MSL）等待狀態(tài)的時間長度一般維持在1~4分鐘。通過三次握手建立連接和四次揮手拆除連接，一次TCP的連接建立及拆除至少進行7次通信，可見其成本是很高的。

三、常見面試題

問題（1）：為什么關閉連接時需要四次揮手，而建立連接卻只要三次握手？

關閉連接時，被動斷開方在收到對方的FIN結束請求報文時很可能沒有發(fā)送完業(yè)務數(shù)據(jù)，并不能立即關閉連接，被動方只能先回復一個ACK響應報文，告訴主動斷開方：“你發(fā)的FIN報文我收到了，只有等到我所有的業(yè)務報文都發(fā)送完了，我才能真正結束，在結束之前，我會發(fā)給你FIN+ACK報文的，你先等著”。所以，被動斷開方的確認報文需要拆成兩步，故總共需要四次揮手。在建立連接場景中，Server的應答可以稍微簡單一些。當Server收到Client的SYN連接請求報文后，其中ACK報文表示對請求報文的應答，SYN報文表示服務端的連接也已經同步開啟了，而ACK報文和SYN報文之間不會有其他報文需要發(fā)送，故而可以合二為一，可以直接發(fā)送一個SYN+ACK報文。所以，在建立連接時，只需要三次握手即可。

問題（2）：為什么連接建立的時候是三次握手，可以改成兩次握手嗎？

三次握手完成兩個重要的功能：一是雙方都做好發(fā)送數(shù)據(jù)的準備工作，而且雙方都知道對方已準備好；二是雙方完成初始SN序列號的協(xié)商，雙方的SN序列號在握手過程中被發(fā)送和確認。如果把三次握手改成兩次握手，可能發(fā)生死鎖。兩次握手的話，缺失了Client的二次確認ACK幀，假想的TCP建立連接時的二次揮手可以如圖所示。

?在假想的TCP建立連接時的二次握手過程中，Client給Server發(fā)送一個SYN請求幀，Server收到后發(fā)送確認應答SYN+ACK幀。按照兩次握手的協(xié)定，Server認為連接已經成功地建立，可以開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀。在這個過程中，如果確認應答SYN+ACK幀在傳輸中被丟失，Client沒有收到，Client將不知道Server是否已準備好，也不知道Server的SN序列號，Client認為連接還未建立成功，將忽略Server發(fā)來的任何數(shù)據(jù)分組，會一直等待Server的SYN+ACK確認應答幀。Server在發(fā)出的數(shù)據(jù)幀后，一直沒有收到對應的ACK確認后就會產生超時，重復發(fā)送同樣的數(shù)據(jù)幀。這樣就形成了死鎖。

問題（3）：為什么主動斷開方在TIME-WAIT狀態(tài)必須等待2MSL？

原因之一：主動斷開方等待2MSL的時間是為了確保兩端都能最終關閉。假設網絡是不可靠的，被動斷開方發(fā)送FIN+ACK報文后，其主動方的ACK響應報文有可能丟失，這時的被動斷開方處于LAST-ACK狀態(tài)，由于收不到ACK確認被動方一直不能正常地進入CLOSED狀態(tài)。在這種場景下，被動斷開方會超時重傳FIN+ACK斷開響應報文，如果主動斷開方在2MSL時間內收到這個重傳的FIN+ACK報文，就會重傳一次ACK報文，然后再一次重新啟動2MSL計時等待，這樣就能確保被動斷開方能收到ACK報文，從而能確保被動方順利進入CLOSED狀態(tài)。只有這樣，雙方才都能夠確保關閉。反過來說，如果主動斷開方在發(fā)送完ACK響應報文后不是進入TIME_WAIT狀態(tài)去等待2MSL時間，而是立即釋放連接，則將無法收到被動方重傳的FIN+ACK報文，所以不會再發(fā)送一次ACK確認報文，此時處于LAST-ACK狀態(tài)的被動斷開方無法正常進入CLOSED狀態(tài)。

原因之二：防止“舊連接已失效的數(shù)據(jù)報文”出現(xiàn)在新連接中。主動斷開方在發(fā)送完最后一個ACK報文后再經過2MSL才能最終關閉和釋放端口。這就意味著，相同端口的新TCP新連接需要在2MSL的時間之后才能夠正常建立。2MSL這段時間內，舊連接所產生的所有數(shù)據(jù)報文都已經從網絡中消失了，從而確保下一個新的連接中不會出現(xiàn)這種舊連接請求報文。

問題（4）：如果已經建立了連接，但是Client端突然出現(xiàn)故障了怎么辦？

TCP還設有一個保活計時器，Client如果出現(xiàn)故障，Server不能一直等下去，這樣會浪費系統(tǒng)資源。每收到一次Client的數(shù)據(jù)幀后，Server的保活計時器都會復位。計時器的超時時間通常設置為2小時，若2小時還沒有收到Client的任何數(shù)據(jù)幀，Server就會發(fā)送一個探測報文段，以后每隔75秒發(fā)送一次。若一連發(fā)送10個探測報文仍然沒有反應，Server就認為Client出了故障，接著關閉連接。如果覺得保活計時器的兩個多小時的間隔太長，可以自行調整TCP連接的保活參數(shù)。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的从书上截取一段TCP三次握手和四次挥手的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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