TCP连接的建立和释放（三次握手和四次挥手）

TCP的连接建立

TCP的连接建立也称握手，握手需要在客户机与服务器之间交换三个TCP报文段，下图给出了三次握手建立连接的过程。

连接建立的详细过程：

① 第一次握手 A向B发送连接请求报文段，这时连接请求报文段的首部同部位SYN=1，同时选择是一个初始序号seq=x。（TCP规定 SYN=1的报文不能携带数据，但是需要消耗一个序号），这时，A的TCP客户进程进入SYN-SENT（同步已发送状态）。

② 第二次握手 B收到A的连接请求报文段之后，如果同意建立连接，则向A发送确认。此时确认报文中，ACK=1（对报文的确认），SYN=1，确认号ack=x+1，还要为自己选择一个初始序号seq=y。注意， 此报文不能携带数据，但是需要消耗一个序号。此时，B的TCP服务器进程进入到SYN-RCVD（同步收到状态）。

③ 第三次握手 A收到B的确认之后，还要向B给出确认。此时确认报文中，ACK=1，ack=y+1, seq=x+1。注意， ACK报文可携带数据，如果不携带数据则不消耗序号。此时，对A来说TCP连接已经建立，A进入ESTABLISHED（已建立连接状态）。

当B收到A的确认后，也进入ESTABLISHED状态，连接被真正的建立起来。

为什么是三次握手？

有人认为两次握手就可以成功建立起连接状态，其实两次握手是不稳定的，或者说容易出现错误。

有一种情况，A发出的连接请求报文在某些网络结点被长时间滞留，A进行了一次重传连接请求，这次成功与B建立起连接，并且在数据传输完成之后成功释放连接。这时A第一次的连接请求到达了B，这个报文本来应该作废，但是B以为A要再次建立连接，于是B向A发送确认报文，同意A的连接请求。如果是两次握手，在这时B认为连接已经建立。而A并没有发出建立连接的请求，所以不会理会B的确认，也不会向B发送数据，但是B认为连接已建立，就一直等待A发送数据，导致资源的浪费。

TCP的连接释放

TCP的连接释放也称挥手，挥手需要在客户机与服务器之间交换四个TCP报文段，下图给出了四次挥手释放连接的过程。

连接释放的详细过程：

① 第一次挥手 A向B发送连接释放报文，此时报文首部FIN=1，其序号seq=u（u等于前面已传送数据的最后一个字节的序号+1）， 此时A进入FIN-WAIT-1（终止等待1状态）。等待B的确认。注意，TCP规定，即使FIN报文段不携带数据，也会消耗一个序号。

② 第二次挥手 B收到连接释放报文时会发出确认，此时确认报文首部ACK=1，ack=u+1，seq=v（v等于前面已传送数据的最后一个字节的序号+1）， 此时B进入CLOSE-WAIT（关闭等待状态）。

在第二次挥手成功后，A会进入到FIN-WAIT-2（终止等待2状态），这时A->B的连接已经关闭，但是B->A的连接还没有关闭，此时的状态称为半关闭状态。

③ 第三次挥手 如果B没有数据发送给A，此时B就应该释放连接，B会发送连接释放报文，此时报文首部FIN=1，确认号ack=u+1（A->B的连接被释放，A不可能在发送数据到B，所以确认号不变），B的序号seq=w（在半关闭状态B可能向A发送了数据，会导致B的序号改变）。此时 B进入LAST-ACK（最后确认状态），等待A的确认。

④ 第四次挥手 A在收到B的连接释放请求后必须确认，此时确认报文首部ACK=1，ack=w+1，seq=u+1，此时 A进入到TIME-WAIT（时间等待状态）。注意，此时TCP连接没有释放掉。必须等到 时间等待计数器设置的时间2MSL（ MSL为最长报文寿命）后，A才会进入到CLOSED状态。B收到A的确认后就会进入到CLOSED状态。此时A和B之间的连接被完全释放。

为什么A会进入TIME-WAIT状态等待2MSL后，才进入到CLOSED状态？

第一：为了保证A发送的最后一个ACK报文被B接收到。这个ACK报文可能丢失，B会收不到A的确认，B会进行超时重传B->A的连接释放报文。A收到后会重新进行确认，这时A会重启2MSL计数器。这样做可以保证A和B最后都进入到正常的CLOSED状态。

第二：为了防止“已失效的连接请求报文段”出现在本链接中。A在发送完成最后的ACK报文后，进行等待，会使本链接持续的时间内所产生的所有报文从网络中消失。

为什么要四次挥手？

TCP是全双工模式，这就意味着，当A发出 FIN报文段时，只是表示A已经没有数据要发送了，A告诉B，它的数据已经全部发送完毕了，A要断开A->B的单向连接；但是，这个时候A还是可以接受来自B的数据，当B返回 ACK报文段时，表示它已经知道A没有数据发送了，但是B还是可以发送数据到A的；当B也发送了 FIN报文段时，这个时候就表示B也没有数据要发送了，就会告诉A，我也没有数据要发送了，这时B要断开B->A的单项连接，当这条连接也被释放，那么连接就真正的释放掉了。