TCP三次握手和四次挥手过程原理及扩展（一）

先上图：

 三次握手过程状态：

         LISTEN：表示服务器端的某个SOCKET处于监听状态，可以接受连接了。

        SYN_SENT:当客户端SOCKET执行CONNECT连接时，它首先发送SYN报文，因此也随即它会进入SYN_SENT状态，并等待，服务端发送三次握手的第2个报文。SYN_SENT状态表示客户端已发送SYN报文。

       SYN_RCVD：这个状态表示接收到了SYN报文，在正常情况下，这个状态是服务器端的SOCKET在建立TCP连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态，很短暂。

      ESTABLISHED：表示连接已经建立了。

四次挥手过程状态：

     FIN_WAIT_1: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，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状态还有时可以用netstat看到（主动方持有的状态）。

    FIN_WAIT_2：上面已经提到过了，实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET，表示半连接，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递给你（ACK信息），稍后再关闭连接（主动方的状态）

    TIME_WAIT：表示收到了对方的FIN报文，并发出了ACK报文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。如果FIN_WAIT_1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，而无需经过FIN_WAIT_2状态（主动方的状态）。

    CLOSING(比较少见)：表示双方同时关闭连接。如果双方几乎同时调用close函数，那么会出现双方同时发生FIN报文的情况，就会出现CLOSING状态，表示双方都在关闭连接。这种状态比较特殊。正常情况下，当你发生FIN报文后，是应该先收到（或同时收到）对方的ACK报文，再收到对方的FIN报文。但是CLOSING状态表示你发生FIN报文后，并没有收到对方的ACK报文，反而收到了对方的FIN报文。什么情况下会出现这种情况呢？那就是：如果双方几乎在同时close一个SOCKET的话，那么就出现了双方同时发生FIN报文的情况，也即出现CLOSING状态，表示双方都在关闭SOCKET连接。

    COLSING_WAIT：这种状态的含义其实是表示在等待关闭。当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己，你系统将毫无疑问发送一个ACK报文给对方，此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来，实际上你真正需要考虑的事情是查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，所以在CLOSE_WAIT状态下，需要完成的事情就是等待区关闭连接（被动方的状态）。

    LAST_ACK：这个状态就比较好理解了，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（被动方的状态）

    CLOSED：表示连接中断。

      首先Client端发送连接请求报文，Server端接受连接后回复ACK报文，并为这次连接分配资源。Client端接收到ACK报文也向Server段Server端发送ACK报文，并分配资源，这样TCP连接就建立了。

      ACK：TCP报头的控制位之一，对数据进行确认，确认由目的端发出，用它来告诉发送端这个序列号之前的数据段都收到了。比如，确认号为X，则表示前X-1个数据段都收到了，只有当ACK=1时，确认号才有效。当ACK=0时，确认号无效，这时会要求重新传数据，保证数据的完整性。

    SYN：同步序列号，TCP建立连接时将这个位置1.

    FIN：发送端完成发送任务位，当TCP完成数据传输需要断开时，提出断开连接的一方将这个位置1。

【注意】中断连接端可以是Client端，也可以是Server端。

              假设Client端发起中断连接请求，也就是发送FIN报文。Server端接收到FIN报文后，意思是说“我Client端没有数据要发给你了”，但是如果你还有数据没有发送完成，则不必急着关闭Socket，可以继续发送数据。所以你先发送ACK，“告诉Client端，你的请求我收到了，但我还没有准备好，请继续等我的消息”。这个时候Client端就进入FIN_WAIT状态，继续等待Server端的FIN报文。当Server端确认数据已发送完成，则向Client端发送FIN报文，“告诉Client端，好了，我这边数据发送完成了，准备好关闭连接了”。Client接收到FIN报文后，“就知道可以关闭连接了，但是他还是不相信网络，怕Server端不知道要关闭，所以发送ACK后进入TIME_WAIT状态，如果Server没有收到ACK则可以重传”，Server端收到ACK后，就知道可以断开连接了。Client端等待了2MSL后依旧没有收到回复，说明Server端已正常关闭，这时Client端也可以关闭连接了，这样，TCP连接就关闭了。

整个过程Client端所经历的状态如下：

 Server端所经历的过程如下：

【1】为什么收到Server端的确认之后，Client端还需要进行第三次“握手”呢？

         采用三次握手是为了防止失效的连接请求报文段突然又传到主机B，因而产生错误。

        已失效的连接请求报文段的产生场景：Client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络节点长时间的滞留了（因为网络并发量很大在某节点被阻塞了），以导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端发出确认，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，因此也 不会理睬server的确认，也不会向server发送数据。但server以为新的传输连接已经建立，并一直等待client发送数据。这样，server的很多资源就浪费掉了。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。主要目的是防止server端一直等待，浪费资源。

【2】为什么要四次挥手？

      确保数据能够完成传输、、

     当连接关闭时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以未必会马上关闭SOCKET，即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

    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报文段后，只是代表主机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2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。

【3】建立连接的第二个syn作用是什么？

        因为客户端发送的syn可能过了好久才到达服务端，而此时客户端超时重传的SYN已经到达服务端，那么后来的SYN就是无效的，如果不发第二个SYN查询客户端是否有效的话，服务端就会监听这个延迟到达的情趣，造成资源的浪费，所以可以强制发送一个SYN询问客户端之前的请求是否有效

【4】当关闭连接时最后一个SCK丢失怎么办？

         如果最后一个ACK丢失的话，TCP就会认为它的FIN丢失，进行重发FIN。在客户端收到FIN后，就会设置一个2MSL计时器，2MSL计时器可以使客户端等待足够长的时间，使得在ACK丢失的情况下，可以等到下一个FIN的到来。如果在TIME_WAIT状态汇总有一个新的FIN到达了，客户端就会发送一个新的ACK，并重新设置2MSL计时器。

       如果重传FIN到达客户端时，客户端已经进入到CLOSED状态时，那么客户端就永远收不到这个重传的FIN报文段，服务器收不到ACK，服务器无法关闭连接。