简述TCP三次握手、四次挥手

一、基础概念

1、什么是TCP？

TCP是面向连接、可靠的进程到进程通信的协议。TCP提供双全工服务，即数据可在同一时间双向传输，每一个TCP都有发送缓存和接受缓存，用来临时存储数据。

2、TCP套接字

TCP协议规定，端口号拼接到IP地址即构成套接字——TCP连接的端点。
套接字（socket)=[IP地址：端口号】
TCP连接用式子表示为
TCP连接::={socket1,socket2}={(IP1：port1) ，（IP2：port2)}

3、TCP中客户与服务器

在面向连接通信中，连接的建立和断开是非常频繁的过程。TCP连接的建立采用客户服务器方式，主动发起连接建立的应用进程成为客户，而被动等待连接的应用进程成为服务器。

4、TCP报文协议

源端口号：数据发起者的端口号，16bit。
目的端口号：数据接收者的端口号，16bit。
序号：32bit的序列号，由发送方使用。
确认序号：32bit的确认号，是接收数据方期望收到发送方的下一个报文段的序号，因此确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1。
首部长度：首部中32bit字的数目，可表示15*32bit=60字节的首部。一般首部长度为20字节
保留：6bit, 均为0
紧急URG：当URG=1时，表示报文段中有紧急数据，应尽快传送。
确认比特ACK：ACK = 1时代表这是一个确认的TCP包，取值0则不是确认包。
推送比特PSH：当发送端PSH=1时，接收端尽快的交付给应用进程。
复位比特（RST）：当RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，再重新建立连接。
同步比特SYN：在建立连接是用来同步序号。SYN=1， ACK=0表示一个连接请求报文段。SYN=1，ACK=1表示同意建立连接。
终止比特FIN：FIN=1时，表明此报文段的发送端的数据已经发送完毕，并要求释放传输连接。
窗口：用来控制对方发送的数据量，通知发放已确定的发送窗口上限。
检验和：该字段检验的范围包括首部和数据这两部分。由发端计算和存储，并由收端进行验证。
紧急指针：紧急指针在URG=1时才有效，它指出本报文段中的紧急数据的字节数。
选项：长度可变，最长可达40字节.。

5、TCP报文的序列号Seq和确认号Ack

序列号（sequence number）：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。
确认号（acknowledgement number）：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。

二、TCP连接建立三握手、连接断开四挥手理论步骤

1、连接三握手

<1>由客户端向服务器发送一段TCP报文：
●控制位为SYN，SYN置“1”，表示“请求建立新连接”;
●序号为Seq=X（X一般为0）；
随后客户端进入SYN-SENT阶段。

<2>服务器端接收到来自客户端的TCP报文之后，结束LISTEN阶段。并向客户端发送一段TCP报文：
●控制位为SYN和ACK，SYN、ACK置“1”，表示“确认客户端的报文Seq序列号有效，服务器能正常接收客户端发送的数据，并同意创建新连接”（即告诉客户端，服务器收到了你的数据）；
●序列号为Seq=y（y一般为0）；
●确认号为Ack=x+1，表示收到客户端的序列号Seq并将其值加1作为自己确认号Ack的值；
随后服务器端进入SYN-RCVD阶段。

<3>客户端接收到来自服务器端的确认收到数据的TCP报文之后，明确了从客户端到服务器的数据传输是正常的，结束SYN-SENT阶段。并返回最后一段TCP报文：
●控制位为ACK，ACK置“1”，表示“确认收到服务器端同意连接的信号”。
●序列号为Seq=x+1，表示收到服务器端的确认号Ack，并将其值作为自己的序列号值；
●确认号为Ack=y+1，表示收到服务器端序列号Seq，并将其值加1作为自己的确认号Ack的值；
随后客户端进入ESTABLISHED阶段。

服务器收到来自客户端的“确认收到服务器数据”的TCP报文之后，明确了从服务器到客户端的数据传输是正常的。结束SYN-SENT阶段，进入ESTABLISHED阶段。此后客户端和服务器端进行正常的数据传输。这就是“三次握手”的过程。

2、断开四挥手

<1>首先客户端想要断开连接，向服务器端发送一段TCP报文：
●控制位为FIN，FIN置“1”，表示“请求释放连接“；
●序列号为Seq=W；
随后客户端进入FIN-WAIT-1阶段，即半关闭阶段。并且停止在客户端到服务器端方向上发送数据，但是客户端仍然能接收从服务器端传输过来的数据。

<2>服务器端接收到从客户端发出的TCP报文之后，确认了客户端想要释放连接，随后服务器端结束ESTABLISHED阶段，进入CLOSE-WAIT阶段（半关闭状态）并返回一段TCP报文：
●控制位为ACK，ACK置“1”，表示“接收到客户端发送的释放连接的请求”；
●序列号为Seq=Z；
●确认号为Ack=W+1，表示是在收到客户端报文的基础上，将其序号Seq值加1作为本段报文确认号Ack的值；
随后客户端结束FIN-WAIT-1阶段，进入FIN-WAIT-2阶段。

<3>服务器端自从发出ACK确认报文之后，再次向客户端发出一段TCP报文：
●控制位为FIN、ACK，FIN、ACK置“1”，表示“已经准备好释放连接了”。注意：这里的ACK并不是确认收到服务器端报文的确认报文。
●序列号为Seq=Z；
●确认号为Ack=W+1；表示是在收到客户端报文的基础上，将其序号Seq值加1作为本段报文确认号Ack的值。
随后服务器端结束CLOSE-WAIT阶段，进入LAST-ACK阶段。

<4>客户端收到从服务器端发出的TCP报文，确认了服务器端已做好释放连接的准备，结束FIN-WAIT-2阶段，进入TIME-WAIT阶段，并向服务器端发送一段报文：
●控制位为ACK，ACK置“1 ”，表示“接收到服务器准备好释放连接的信号”。
●序列号为Seq=W+1；表示是在收到了服务器端报文的基础上，将其确认号Ack值作为本段报文序号的值。
●确认号为Ack=Z+1；表示是在收到了服务器端报文的基础上，将其序号Seq值增加1作为本段报文确认号的值。
随后客户端结束TIME-WAIT阶段，进入CLOSED阶段，由此完成“四次挥手”。

三、用Wireshark抓包工具分析TCP协议在真实环境数据通讯中的“三握手、四挥手”

1、连接三握手

mu
#####第一个包#######PC1##########
192.168.100.5###源IP###
192.168.100.6###目标IP###
63659###源端口号###
22###目标端口###
Seq=0、SYN=1
#####第二个包#######PC2##########
192.168.100.6###源IP###
192.168.100.5###目标IP###
22###源端口号###
63659###目标端口###
Seq=0、ACK=1、SYN=1

#####第三个包#######PC1##########
192.168.100.5###源IP###
192.168.100.6###目标IP###
63659###源端口号###
22###目标端口###
Seq=1、ACK=1

2、断开四挥手

#####第一个包#######PC1##########
192.168.100.5###源IP###
192.168.100.6###目标IP###
55426###源端口号###
22###目标端口###
ACK=1、FIN=1
#####第二个包#######PC2##########
192.168.100.6###源IP###
192.168.100.5###目标IP###
22###源端口号###
55426###目标端口###
ACK=1
#####第三个包#######PC2##########
192.168.100.6###源IP###
192.168.100.5###目标IP###
22###源端口号###
55426###目标端口###
ACK=1、FIN=1

#####第四个包#######PC1##########
192.168.100.5###源IP###
192.168.100.6###目标IP###
55426###源端口号###
22###目标端口###
ACK=1

PS：在实际抓包操作中，连接释放四挥手进程并不一定需要完整的四层，其中RST包邮强制断开连接的作用