TCP的三次握手和四次挥手详解

小鱼儿 2022-07-14 04:21 60阅读 0赞

> TCP(Transmission Control Protocol)传输控制协议

TCP是主机对主机层的传输控制协议，提供可靠的连接服务，采用三次握手确认建立一个连接:

位码即tcp标志位,有6种标示:SYN(synchronous建立联机) ACK(acknowledgement 确认) PSH(push传送) FIN(finish结束) RST(reset重置) URG(urgent紧急)

Sequence number(顺序号码) Acknowledge number(确认号码)

ACK ： TCP协议规定，只有ACK=1时有效，也规定连接建立后所有发送的报文的ACK必须为1

SYN ： 在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文。对方若同意建立连接，则应在响应报文中使SYN=1和ACK=1. 因此, SYN置1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。

FIN ：即完，终结的意思， 用来释放一个连接。当 FIN = 1 时，表明此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放连接。

序号（seq）：指本报文段所发送的数据的第一个字节的序。例如一个报文段的序号字段是301，携带的数据共有100字节。显然下一个报文段的序号应该从401开始

确认号（ack）：是期望收到对方的下一个数据字节的序号，例如B正确收到了A发过来的一个报文段，其序号是501，数据长度是200，则B期望收到的下一个数据序号是701，于是B把确认号（ack）置为701。

注意：TCP采用的是累积确认，即确认是对所有按序接收的数据的确认，但请注意，接收方返回的确认号是已按序号收到的数据的最高序加1

![全过程图解][20161127122713750]

# 三次握手 #

*  第一次握手：建立连接。客户端发送连接请求报文段，将SYN位置为1，Sequence Number为x；然后，客户端进入SYN\_SEND状态，等待服务器的确认；
 *  第二次握手：服务器收到SYN报文段。服务器收到客户端的SYN报文段，需要对这个SYN报文段进行确认，设置Acknowledgment Number为x+1(Sequence Number+1)；同时，自己自己还要发送SYN请求信息，将SYN位置为1，Sequence Number为y；服务器端将上述所有信息放到一个报文段（即SYN+ACK报文段）中，一并发送给客户端，此时服务器进入SYN\_RECV状态；
 *  第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。然后将Acknowledgment Number设置为y+1，向服务器发送ACK报文段，这个报文段发送完毕以后，客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态，完成TCP三次握手。

在三次握手中，客户端和服务器端都发送两个包 SYN 和 ACK ，只不过服务器端的两个包是一次性发过来的，客户端的两个包是分两次发送的。

# 四次挥手 #

1.  第一次分手：主机1（可以使客户端，也可以是服务器端），设置Sequence Number和Acknowledgment Number，向主机2发送一个FIN报文段；此时，主机1进入FIN\_WAIT\_1状态；这表示主机1没有数据要发送给主机2了；
2.  第二次分手：主机2收到了主机1发送的FIN报文段，向主机1回一个ACK报文段，Acknowledgment Number为Sequence Number加1；主机1进入FIN\_WAIT\_2状态；主机2告诉主机1，你发的断开连接请求我收到了，但是我现在还有数据没有发完，请稍等一下呗。
3.  第三次分手：主机2向主机1发送FIN报文段，请求关闭连接，同时主机2进入LAST\_ACK状态；
4.  第四次分手：主机1收到主机2发送的FIN报文段，向主机2发送ACK报文段，然后主机1进入TIME\_WAIT状态；主机2收到主机1的ACK报文段以后，就关闭连接；此时，主机1等待2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，主机1也可以关闭连接了。

# 为什么要三次握手 #

既然总结了TCP的三次握手，那为什么非要三次呢？怎么觉得两次就可以完成了。那TCP为什么非要进行三次连接呢？在谢希仁的《计算机网络》中是这样说的：

> 为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误。

在书中同时举了一个例子，如下：

> “已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下：client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段，同意建立连接。假设不采用“三次握手”，那么只要server发出确认，新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬server的确认，也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待client发来数据。这样，server的很多资源就白白浪费掉了。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况，client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认，就知道client并没有要求建立连接。”

这就很明白了，防止了服务器端的一直等待而浪费资源。

# 为什么要四次挥手 #

那四次分手又是为何呢？TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议。TCP是全双工模式，这就意味着，当主机1发出FIN报文段时，只是表示主机1已经没有数据要发送了，主机1告诉主机2，它的数据已经全部发送完毕了；但是，这个时候主机1还是可以接受来自主机2的数据；当主机2返回ACK报文段时，表示它已经知道主机1没有数据发送了，但是主机2还是可以发送数据到主机1的；当主机2也发送了FIN报文段时，这个时候就表示主机2也没有数据要发送了，就会告诉主机1，我也没有数据要发送了，之后彼此就会愉快的中断这次TCP连接。

通俗的说就是在主机2接收到主机1的 FIN 后，主机2端可能还有数据要传输，所以先发送 ACK ，等主机2处理完自己的事情后就可以发送 FIN 断开连接了。

*  FIN\_WAIT\_1: 这个状态要好好解释一下，其实FIN\_WAIT\_1和FIN\_WAIT\_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。而这两种状态的区别是：FIN\_WAIT\_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时，它想主动关闭连接，向对方发送了FIN报文，此时该SOCKET即进入到FIN\_WAIT\_1状态。而当对方回应ACK报文后，则进入到FIN\_WAIT\_2状态，当然在实际的正常情况下，无论对方何种情况下，都应该马上回应ACK报文，所以FIN\_WAIT\_1状态一般是比较难见到的，而FIN\_WAIT\_2状态还有时常常可以用netstat看到。（主动方）
 *  FIN\_WAIT\_2：上面已经详细解释了这种状态，实际上FIN\_WAIT\_2状态下的SOCKET，表示半连接，也即有一方要求close连接，但另外还告诉对方，我暂时还有点数据需要传送给你(ACK信息)，稍后再关闭连接。（主动方）
 *  CLOSE\_WAIT：这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢？当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己，你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对方，此时则进入到CLOSE\_WAIT状态。接下来呢，实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方，如果没有的话，那么你也就可以 close这个SOCKET，发送FIN报文给对方，也即关闭连接。所以你在CLOSE\_WAIT状态下，需要完成的事情是等待你去关闭连接。（被动方）
 *  LAST\_ACK: 这个状态还是比较容易好理解的，它是被动关闭一方在发送FIN报文后，最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后，也即可以进入到CLOSED可用状态了。（被动方）
 *  TIME\_WAIT: 表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。如果FINWAIT1状态下，收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入到TIME\_WAIT状态，而无须经过FIN\_WAIT\_2状态。（主动方）
 *  CLOSED: 表示连接中断。

# 为什么TIME\_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？ #

这是因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN\_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到，因此对方处于LAST\_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME\_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。

# 为什么有保活时间 #

另外主机2存在一个保活状态，即如果主机1突然故障死机了，那主机2那边的连接资源什么时候能释放呢？ 就是保活时间到了后，主机2会发送探测信息， 以决定是否释放连接。

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