TCP协议三次握手以及四次挥手详解（常见面试题）

TCP协议：

TCP协议全称：传输控制协议，顾名思义，也就是说要对数据的传输进行一个详细的控制。

TCP协议段格式

我们来分析一下协议段的内容：

• 源/目的端口号：表示数据从哪个进程来到那个进程去；
• 32位序号/32位确认号：后面详细讲；
• 4位TCP报头长度：表示该TCP头部有多少个32位bit，也就是说有多少个4字节，所以TCP头部最大长度是15*4=60；
• 6位标志位：
  
• 16位窗口大小：
• 16位校验和：发送端填充，CRC校验，接收端校验不通过，则认为数据有问题。此处所说的校验和不仅包含TCP头部，也包含TCP数据部分；
• 16位紧急指针：标识哪部分数据是紧急数据；
• 40字节头部选项：暂时忽略

连接管理机制

在正常情况下,TCP要经过三次握手建立连接，四次挥手断开连接

三次握手：

第一次:
客户端 - - > 服务器 此时服务器知道了客户端要建立连接了
第二次:
客户端 < - - 服务器 此时客户端知道服务器收到连接请求了
第三次:
客户端 - - > 服务器 此时服务器知道客户端收到了自己的回应

到这里, 就可以认为客户端与服务器已经建立了连接.

刚开始客户端与服务器端都处于CLOSED状态。
TCP规定, SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。

第一次握手：建立连接时，客户端发送请求报文，此时报文首部中的同步标志位SYN=1, 同时选择一个初始序列号（seq=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：服务器收到请求报文后，如果确认连接，则发出确认报文。确认报文中的 ACK=1, SYN=1, 确认序号是 x+1,同时自己也发送一个自己的序列号（seq=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），自己的序号为seq=x+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。

常见面试题：

• 为什么不是两次握手或者四次握手？
  两次不安全，有可能SYN会延迟，缺乏状态保护的情况下，收到一个SYN就会建立一个新的Socket,完整的状态保护避免对一个同一个客户端创建多个Socket，两次不安全是因为服务端无法通过客户端的SYN确定具有收发数据的能力，需要再次进行SYN确认

  不用四次是因为三次已经可以满足需求，没必要进行四次造成资源的浪费

四次挥手过程：

下面以客户端为主动关闭方，服务端为被动关闭方为例子：

• 客户端发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。

• 服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。

• 客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。

• 服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

• 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。

• 服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

为什么连接时是三次握手，断开连接却是四次挥手？

被动关闭方，收到FIN之后对其进行ACK回复，但是不能直接关闭Socket，因为这时候用户有可能正在处理数据（Socket接收缓冲区中有可能还有堆积的数据），需要用户来确认什么时候关闭Socket发送FIN，因此ACK和FIN不能放在一起。

若是三次握手失败，服务器端怎么去处理？

服务器端超时等待之后，向客户端发送rst报文，然后释放新建的Socket资源

如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

若是通信双方，长时间（7200s）没有数据往来，则会向对方发送保活探测数据包（要求对方对这个数据包进行回复），若是收到回复则认为连接正常，若是间隔（75s）发送连续多次（9次）没有收到回复，则认为连接断开

此贴会慢慢更新补充=========================================================