1. TCP協(xié)議基礎(chǔ)

網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)見(jiàn)，傳送門(mén)

TCP是面向連接的，無(wú)論哪一方向另一方發(fā)送數(shù)據(jù)之前，都必須先在雙方之間建立一條連接。
在TCP/IP協(xié)議中，TCP協(xié)議提供可靠的連接服務(wù)，連接是通過(guò)三次握手進(jìn)行初始化的。
三次握手的目的是同步連接雙方的序列號(hào)和確認(rèn)號(hào)并交換 TCP窗口大小信息。

TCP網(wǎng)絡(luò)傳輸示意圖：

2. 三次握手(3-Way Handshake)

• 第一次握手：建立連接。
  客戶(hù)端發(fā)送連接請(qǐng)求報(bào)文段，將SYN位置為1，Sequence Number為x；然后，客戶(hù)端進(jìn)入SYN_SENT狀態(tài)，等待服務(wù)器的確認(rèn)；

• 第二次握手：服務(wù)器收到SYN報(bào)文段。
  服務(wù)器收到客戶(hù)端的SYN報(bào)文段，需要對(duì)這個(gè)SYN報(bào)文段進(jìn)行確認(rèn)，設(shè)置Acknowledgment Number為x+1(Sequence Number+1)；同時(shí)，自己自己還要發(fā)送SYN請(qǐng)求信息，將SYN位置為1，Sequence Number為y；
  服務(wù)器端將上述所有信息放到一個(gè)報(bào)文段（即SYN+ACK報(bào)文段）中，一并發(fā)送給客戶(hù)端，此時(shí)服務(wù)器進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)；

• 第三次握手：客戶(hù)端收到服務(wù)器的SYN+ACK報(bào)文段。然后將Acknowledgment Number設(shè)置為y+1，向服務(wù)器發(fā)送ACK報(bào)文段，這個(gè)報(bào)文段發(fā)送完畢以后，客戶(hù)端和服務(wù)器端都進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，完成TCP三次握手。
  完成了三次握手，客戶(hù)端和服務(wù)器端就可以開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。

問(wèn)題

• 1.為什么要三次握手?
  既然總結(jié)了TCP的三次握手，那為什么非要三次呢？怎么覺(jué)得兩次就可以完成了。那TCP為什么非要進(jìn)行三次連接呢？在謝希仁的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》中是這樣說(shuō)的：為了防止已失效的連接請(qǐng)求報(bào)文段突然又傳送到了服務(wù)端，因而產(chǎn)生錯(cuò)誤。
  在書(shū)中同時(shí)舉了一個(gè)例子，如下：
  “已失效的連接請(qǐng)求報(bào)文段”的產(chǎn)生在這樣一種情況下：
  client發(fā)出的第一個(gè)連接請(qǐng)求報(bào)文段并沒(méi)有丟失，而是在某個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間的滯留了，以致延誤到連接釋放以后的某個(gè)時(shí)間才到達(dá)server。本來(lái)這是一個(gè)早已失效的報(bào)文段。但server收到此失效的連接請(qǐng)求報(bào)文段后，就誤認(rèn)為是client再次發(fā)出的一個(gè)新的連接請(qǐng)求。于是就向client發(fā)出確認(rèn)報(bào)文段，同意建立連接。
  假設(shè)不采用“三次握手”，那么只要server發(fā)出確認(rèn)，新的連接就建立了。由于現(xiàn)在client并沒(méi)有發(fā)出建立連接的請(qǐng)求，因此不會(huì)理睬server的確認(rèn)，也不會(huì)向server發(fā)送數(shù)據(jù)。但server卻以為新的運(yùn)輸連接已經(jīng)建立，并一直等待client發(fā)來(lái)數(shù)據(jù)。這樣，server的很多資源就白白浪費(fèi)掉了。
  采用“三次握手”的辦法可以防止上述現(xiàn)象發(fā)生。例如剛才那種情況，client不會(huì)向server的確認(rèn)發(fā)出確認(rèn)。server由于收不到確認(rèn)，就知道client并沒(méi)有要求建立連接。”

防止了服務(wù)器端的一直等待而浪費(fèi)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(gè)發(fā)syn，一個(gè)ack），而事實(shí)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(duì)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(jié)束(4-Way Handshake)

當(dāng)客戶(hù)端和服務(wù)器通過(guò)三次握手建立了TCP連接以后，當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完畢，肯定是要斷開(kāi)TCP連接的啊。那對(duì)于TCP的斷開(kāi)連接，這里就有了神秘的“四次分手”。

• 第一次分手：主機(jī)1（可以使客戶(hù)端，也可以是服務(wù)器端），設(shè)置Sequence Number和Acknowledgment Number，向主機(jī)2發(fā)送一個(gè)FIN報(bào)文段；此時(shí)，主機(jī)1進(jìn)入FIN_WAIT_1狀態(tài)；這表示主機(jī)1沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送給主機(jī)2了；

• 第二次分手：主機(jī)2收到了主機(jī)1發(fā)送的FIN報(bào)文段，向主機(jī)1回一個(gè)ACK報(bào)文段，Acknowledgment Number為Sequence Number加1；主機(jī)1進(jìn)入FIN_WAIT_2狀態(tài)；主機(jī)2告訴主機(jī)1，我“同意”你的關(guān)閉請(qǐng)求；

• 第三次分手：主機(jī)2向主機(jī)1發(fā)送FIN報(bào)文段，請(qǐng)求關(guān)閉連接，同時(shí)主機(jī)2進(jìn)入LAST_ACK狀態(tài)；

• 第四次分手：主機(jī)1收到主機(jī)2發(fā)送的FIN報(bào)文段，向主機(jī)2發(fā)送ACK報(bào)文段，然后主機(jī)1進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)；主機(jī)2收到主機(jī)1的ACK報(bào)文段以后，就關(guān)閉連接；此時(shí)，主機(jī)1等待2MSL后依然沒(méi)有收到回復(fù)，則證明Server端已正常關(guān)閉，那好，主機(jī)1也可以關(guān)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(xié)議是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的運(yùn)輸層通信協(xié)議。
TCP是全雙工模式，這就意味著，
當(dāng)主機(jī)1發(fā)出FIN報(bào)文段時(shí)，只是表示主機(jī)1已經(jīng)沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，主機(jī)1告訴主機(jī)2，它的數(shù)據(jù)已經(jīng)全部發(fā)送完畢了；但是，這個(gè)時(shí)候主機(jī)1還是可以接受來(lái)自主機(jī)2的數(shù)據(jù)；
當(dāng)主機(jī)2返回ACK報(bào)文段時(shí)，表示它已經(jīng)知道主機(jī)1沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送了，但是主機(jī)2還是可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主機(jī)1的；
當(dāng)主機(jī)2也發(fā)送了FIN報(bào)文段時(shí)，這個(gè)時(shí)候就表示主機(jī)2也沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，就會(huì)告訴主機(jī)1，我也沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，之后彼此就會(huì)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(guò)程中的狀態(tài)變化。

• FIN_WAIT_1: 這個(gè)狀態(tài)要好好解釋一下，其實(shí)FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2狀態(tài)的真正含義都是表示等待對(duì)方的FIN報(bào)文。而這兩種狀態(tài)的區(qū)別是：FIN_WAIT_1狀態(tài)實(shí)際上是當(dāng)SOCKET在ESTABLISHED狀態(tài)時(shí)，它想主動(dòng)關(guān)閉連接，向?qū)Ψ桨l(fā)送了FIN報(bào)文，此時(shí)該SOCKET即進(jìn)入到FIN_WAIT_1狀態(tài)。而當(dāng)對(duì)方回應(yīng)ACK報(bào)文后，則進(jìn)入到FIN_WAIT_2狀態(tài)，當(dāng)然在實(shí)際的正常情況下，無(wú)論對(duì)方何種情況下，都應(yīng)該馬上回應(yīng)ACK報(bào)文，所以FIN_WAIT_1狀態(tài)一般是比較難見(jiàn)到的，而FIN_WAIT_2狀態(tài)還有時(shí)常常可以用netstat看到。（主動(dòng)方）

• FIN_WAIT_2：上面已經(jīng)詳細(xì)解釋了這種狀態(tài)，實(shí)際上FIN_WAIT_2狀態(tài)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(duì)方，我暫時(shí)還有點(diǎn)數(shù)據(jù)需要傳送給你(ACK信息)，稍后再關(guān)閉連接。（主動(dòng)方）

• CLOSE_WAIT：這種狀態(tài)的含義其實(shí)是表示在等待關(guān)閉。怎么理解呢？當(dāng)對(duì)方close一個(gè)SOCKET后發(fā)送FIN報(bào)文給自己，你系統(tǒng)毫無(wú)疑問(wèn)地會(huì)回應(yīng)一個(gè)ACK報(bào)文給對(duì)方，此時(shí)則進(jìn)入到CLOSE_WAIT狀態(tài)。接下來(lái)呢，實(shí)際上你真正需要考慮的事情是察看你是否還有數(shù)據(jù)發(fā)送給對(duì)方，如果沒(méi)有的話，那么你也就可以 close這個(gè)SOCKET，發(fā)送FIN報(bào)文給對(duì)方，也即關(guān)閉連接。所以你在CLOSE_WAIT狀態(tài)下，需要完成的事情是等待你去關(guān)閉連接。（被動(dòng)方）

• LAST_ACK: 這個(gè)狀態(tài)還是比較容易好理解的，它是被動(dòng)關(guān)閉一方在發(fā)送FIN報(bào)文后，最后等待對(duì)方的ACK報(bào)文。當(dāng)收到ACK報(bào)文后，也即可以進(jìn)入到CLOSED可用狀態(tài)了。（被動(dòng)方）

• TIME_WAIT: 表示收到了對(duì)方的FIN報(bào)文，并發(fā)送出了ACK報(bào)文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用狀態(tài)了。如果FINWAIT1狀態(tài)下，收到了對(duì)方同時(shí)帶FIN標(biāo)志和ACK標(biāo)志的報(bào)文時(shí)，可以直接進(jìn)入到TIME_WAIT狀態(tài)，而無(wú)須經(jīng)過(guò)FIN_WAIT_2狀態(tài)。（主動(dòng)方）

• CLOSED: 表示連接中斷。

總結(jié)

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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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