TCP的三次握手和四次挥手总结

本文经过借鉴书籍资料、他人博客总结出的知识点，欢迎提问

序列号 seq：占 4 个字节，用来标记数据段的顺序，TCP 把连接中发送的所有数据字节都编上一个序号，第一个字节的编号由本地随机产生；给字节编上序号后，就给每一个报文段指派一个序号；序列号 seq 就是这个报文段中的第一个字节的数据编号。确认号 ack：占 4 个字节，期待收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号；序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号；而确认号指的是期望接收到下一个字节的编号；因此当前报文段最后一个字节的编号 + 1 即为确认号。确认 ACK：占 1 位，仅当 ACK=1 时，确认号字段才有效。ACK=0 时，确认号无效同步 SYN：连接建立时用于同步序号。当 SYN=1，ACK=0 时表示：这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中使得 SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1 表示这是一个连接请求，或连接接受报文。SYN 这个标志位只有在 TCP 建产连接时才会被置 1，握手完成后 SYN 标志位被置 0。终止 FIN：用来释放一个连接。FIN=1 表示：此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放运输连接PS：ACK、SYN 和 FIN 这些大写的单词表示标志位，其值要么是 1，要么是 0；ack、seq 小写的单词表示序号。

六大标志位

SYN，同步标志位；ACK确认标志位；PSH传送标志位；FIN结束标志位；RST重置标志位；URG紧急标志位；seq序号；ack确认号

具体

字段	含义
URG	紧急指针是否有效。为 1，表示某一位需要被优先处理
ACK	确认号是否有效，一般置为 1。
PSH	提示接收端应用程序立即从 TCP 缓冲区把数据读走。
RST	对方要求重新建立连接，复位。
SYN	请求建立连接，并在其序列号的字段进行序列号的初始值设定。建立连接，设置为 1
FIN	希望断开连接。

三次握手过程理解

第一次握手：建立连接时，客户端发送 syn 包（syn=x）到服务器，并进入 SYN_SENT 状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。

第二次握手：服务器收到 syn 包，必须确认客户的 SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个 SYN 包（syn=y），即 SYN+ACK 包，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 包，向服务器发送确认包 ACK(ack=y+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入 ESTABLISHED（TCP 连接成功）状态，完成三次握手。

四次挥手过程理解

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；
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，我“同意”你的关闭请求；
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；
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。

常见面试题

【问题 1】为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

答：因为当处于LISTEN状态的服务器端收到来自客户端的SYN报文(客户端希望新建一个TCP连接)时，它可以把ACK(确认应答)和SYN(同步序号)放在同一个报文里来发送给客户端。但在关闭TCP连接时，当收到对方的FIN报文时，对方仅仅表示对方已经没有数据发送给你了，但是你自己可能还有数据需要发送给对方，则等你发送完剩余的数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你数据已经发送完毕，并请求关闭连接，所以通常情况下，这里的ACK报文和FIN报文都是分开发送的。

【问题 2】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？

答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入 CLOSE 状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可能最后一个 ACK 丢失。所以 TIME_WAIT 状态就是用来重发可能丢失的 ACK 报文。在 Client 发送出最后的 ACK 回复，但该 ACK 可能丢失。Server 如果没有收到 ACK，将不断重复发送 FIN 片段。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。

【问题 3】为什么不能用两次握手进行连接？

答：3 次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作 (双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。

   现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机 S 和 C 之间的通信，假定 C 给 S 发送一个连接请求分组，S 收到了这个分组，并发 送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S 认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C 在 S 的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道 S 是否已准备好，不知道 S 建立什么样的序列号，C 甚至怀疑 S 是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C 认为连接还未建立成功，将忽略 S 发来的任何数据分 组，只等待连接确认应答分组。而 S 在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

【问题 4】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 秒钟发送一次。若一连发送 10 个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。