TCP三次握手和四次挥手

TCP传输连接的三个阶段：1）连接建立2)数据传送3）连接释放
TCP建立连接之前会进行三次沟通，称为“三次握手”；传输完数据会断开连接要进行四次沟通，称为“四次挥手”。
TCP传输中两个序号和三个标志位：
1) 序号：seq序号，占32位，用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记
2) 确认序号：ack序号，占32位，只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，ack = seq + 1
3) 标志位：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN，具体含义如下：
URG:紧急指针(urgent pointer)有效
ACK:确认序号有效
PSH:接收方应该尽快将这个报文交给应用层
RST：重置连接
SYN:发起一个新连接
FIN:释放一个连接
注意：1）不要将确认序号ack和标志位中的ACK搞混
2）确认方ack = 发起方seq + 1,两端配对
一、三次握手

三次握手步骤：
1) 最初客户端和服务器的TCP都处于CLOSED（关闭）状态
2) 服务器进程创建传输控制块（Transmission Control Block,TCB）,服务器进程进入LISTEN（收听）状态，等待客户端的连接请求
3) 客户端进程创建传输控制块TCB,向服务器发出连接请求包SYN,初始序号seq=x。此时客户端进程进入SYN-SENT（同步已发送）状态 第一次握手
4) 服务器收到数据包后由标识位SYN=1知道客户端请求建立连接，服务器将标识位SYN和ACK都置为1，ack = x+1,随机产生一个seq=y,并将该数据包发送给客户端以确认连接建立。此时服务器进程进入SYN-RCVD(同步已接收)状态 第二次握手
注：第二次握手时，服务器需要发送两个包给客户端
(i)发送确认自己收到其连接请求包ACK(ack=x+1),向客户端表明已知道了其连接请求
(ii)发送连接询问请求包SYN，询问客户端是否已经准备好建立连接，进行数据通信
5) 客户端收到服务器的ACK和SYN包后，知道服务器同意建立连接，发送连接建立的ACK包，回应服务器的SYN告诉服务器，我们已经建立了连接，可以进行数据通信。此时客户端进入ESTABLISHEN（已连接）状态 第三次握手
6) 服务器收到客户端的确认，也进入ESTABLISHEN（连接）状态

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问题1：客户端A收到服务器B的确认，为什么还要再次向B发送确认？
1）A向B发出连接请求报文段，如果此报文段在网络中长时间滞留，A误以为本文段丢失，会再次向B发送连接请求报文段（假设第二次请求连接建立成功）。当数据传输完成并释放连接后，B又收到A第一次发送的连接请求，B误以为A发起了一次新的连接。所以，A有必要让B知道是否发起了新的连接请求。
2）如果只有俩次握手连接，在这种情况下，如果发送网络阻塞，由于TCP/IP协议的定时重传机制，服务器A向客户端B发送了俩次SYN请求，分别是x1和x2,且因为阻塞原因，导致x1连接请求和x2连接请求的TCP窗口大小和数据报文长度不一致，如果最终x1到达，x2丢失，此时A同B建立了x1的连接，但A无法知道是请求x1还是请求x2，此时会导致数据传输错误。
问题2：为什么不能俩次握手进行连接？
三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，这个序号在握手过程中被发送和确认。
如果改为俩次握手，可能发生死锁。例如，考虑Client和Server之间的通信，假定Client向Server发送一个连接请求，Server收到这个请求并发送了应答ACK包，此时连接已经成功建立，可以开始数据传输。如果Server的应答ACK在传输中丢失，Client将不知道Server是否已经准备好，不知道Server建立什么样的序列号，甚至不确定Server是否收到自己的连接请求。此时，Client认为连接还未建立成功，将忽略Server发来的任何数据，只等待连接确认应答；而Server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。
二、四次挥手
指的是断开一个TCP连接，需要客户端和服务器总共发送4个包以确认连接的断开。这一过程由客户端或服务端任意一方执行close()来触发。由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN包来终止这一方向的连接，收到一个FIN意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但在这个TCP连接上仍然可以发送数据，知道这一方向也发送了FIN包。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭。
注：FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号

(1) 第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1（终止等待1）状态
(2) 第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client,确认序号ack = u+1,Server自己的序号是v,Server进入CLOSE_WAIT状态;Client收到Server的确认进入FIN_WAIT_2(终止等待2)状态，等到Server发出连接释放报文段
(3) 第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态
(4) 第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号ack = w+1，Server进入CLOSED状态；经过时间等待计时器设置的时间2MSL后，Client进入CLOSED状态，完成四次挥手
注：MSL即Maximum Segment Lifetime,报文最大生存时间。

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问题1：Client为什么在TIME_WAIT状态等到2MSL时间？
1） 保证Client发送的最后一个ACK报文段能够到达Server。如果此报文段丢失，处在LAST_ACK状态的Server收不到FIN+ACK报文段的确认，Server将超时重传FIN+ACK报文段。Client重传ACK报文段，重新启动2MSL的计时器。保证Client和Server都能顺利进入CLOSED状态
2） 防止“已失效的连接请求报文段”。Client等待2MSL，可使本连接持续时间内所产生的所有报文段全部从网络中消失。
问题2：为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接确实四次挥手？
因为服务器Server在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放到一个报文里发送给Client。而关闭连接时，当收到对方的FIN报文时，仅表示对方不再发送数据了但还是能接收数据，己方也未必全部数据发送给对方，所以己方可以立即关闭，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方表示同意现在关闭连接，因此，己方ACK和FIN一般都分开发送。