TCP 三次握手和四次挥手

UDP 和 TCP 对比

UDP (User Datagram Protocol)	TCP (Transmission Control Protocol)
无连接协议	面向连接的协议
不可靠协议	可靠性协议
不保证各个数据报的先后顺序跨网络保持不变	给所发送数据的每一个字节关联一个序列号进行排序
不提供确认、序列号、超时重传机制，不能保证最终到达目的地；不保证每个数据报只到达一次	TCP发送数据要求另一端返回一个确认。没收到确认，会自动重传数据并等待更长的时间。数次重传失败后，TCP才放弃
不提供流量控制	提供流量控制 TCP总是告诉对端它能够接收多少字节的数据，称为通告窗口。该窗口在任何时候都指出接收缓冲区中的可用空间，从而确保发送端发送的数据不会溢出接收缓冲区
全双工	全双工
IPV4 + IPV6	IPV4 + IPV6

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TCP

TCP链接过程中的一些名词的意义：

字符缩写	描述
SYN	同步序号，表示此报文是一个连接请求或接收报文
ACK	确认位，对接收到报文的确认
FIN	终止位，表示发送方完成数据发送，用来释放一个连接
RST	复位连接，表示TCP连接中出现严重错误
PSH	推送位，尽可能快地将数据送往接收进程

三次握手

（1）第一次握手：建立连接，客户端发送SYN J给服务器端，进入SYN_SENT状态。
（2）第二次握手：服务器收到客户端的SYN J报文后，向客户端响应一个SYN K，并对SYN J 回应确认ACk J + 1
（3）第三次握手：客户端收到服务器的SYN K报文后，在向服务器发送一个确认ACK K + 1
三次握手完成，TCP客户端和服务器端成功地建立连接，可以开始传输数据了。

注意 ：
（1）如果接收到的ACK是有值的，那么发送的SYN就等于ACK的值 。
（2）序列号是一个相对值。在三次握手的时候是不允许进行数据传递的，因此len是为0，ACK确认序号的值=seq+1。
     但是如果当三次握手以后，开始传递数据的时候，确认序号的值 = seq + len。确认序号的意义就是告诉对方，这个确认序号之前的所有报文我都接受到了，保证TCP协议的稳定可靠的传输。

TCP为何要采用三次握手来建立连接，2次握手可以吗？

不可以。三次握手是为了防止失效的连接请求报文段突然又传送到服务器，从而发生错误。

当客户端发出的连接请求报文段由于某些原因没有及时到达服务器，而客户端在等待一段时间后，又重新向服务器发送连接请求，且建立成功，顺序完成数据传输，那么第一次发送的连接请求报文段就称为失效的连接请求报文段。
考虑这样一种特殊情况，客户端第一次发送的连接请求并没有丢失，而是因为网络问题延迟到达服务器，服务器以为是客户端又发起的连接，于是服务器同意连接，并发回确认，但此时客户端不予理会，服务器就一直等待客户端发送数据，导致服务器资源的浪费。

四次挥手

当建立了TCP连接以后，数据传送完毕后，要断开TCP连接，这个时候就有了四次挥手。
建立一个连接只需要三次握手，而终止一个连接则需要经过四次挥手，这是因为TCP的半关闭造成的。我们知道TCP是全双工的（即两个方向上都能同时传递），因此每个方向必须单独进行关闭。

（1）某个应用程序先调用close，我们称这一端执行主动关闭，成为A。发送一个FIN报文，表示数据发送完毕。A------FIN------>B
（2）另一端（称为B）接收到FIN报文之后，执行被动关闭，对这个FIN进行确认。
它的接收也作为文件结束符传递给接收端的应用程序，因为FIN的接收即表示在相应连接上再也接收不到额外数据。 B-------ACK------->A
（3）一段时间后，接收到文件结束符（B端）的应用进程调用close关闭它的套接口，导致B端的TCP也发送一个FIN。 B------FIN------>A
（4）接收到FIN的原发送端（A端）对它进行确认。A------ACK----->B

这样每个方向上都有一个FIN和ACK，一共需要四个分节。因为有时（1）中的FIN随着数据一起发送；或者B端的TCP把（2）（3）中的FIN和ACK合成一个分节。

TCP状态分析

TIME_WAIT状态

执行主动关闭的一方，在收到被动关闭方发送的FIN报文后进入TIME_WAIT状态。
TIME_WAIT状态持续时长为2 * MSL（最长分节生命周期，Maxmum Segment Lifetime），即2MSL。

TIME_WAIT状态的目的：

• 实现终止TCP全双工连接的可靠性。
  假设最终的ACK丢失，服务器会重发最终的FIN，客户端必须维护信息以允许它重发最终的ACK，如果不维护状态信息，它将响应RST，而服务器则把该分节解释成一个错误。
• 允许老的重复分节在网络中消失。
  假设A、B之间有个TCP连接，关闭这个连接后，在后面的某个时候又重新建立起相同的A、B之间的TCP连接，后一个连接称为前一个连接的化身，因为他们的IP和端口号是一样的。
  TCP不能给处于TIME_WAIT状态的连接启动新的化身，既然TIME_WAIT状态的持续时间是2MSL，这就足够让某个方向上的分组最多存活MSL秒即被丢弃，另一个方向上的应答做多存活MSL秒也被丢弃，这样能保证当成功建立一个TCP连接时，来自先前化身的老重复分组都已经在网络中消失了。