TCP/IP的三次握手，四次断开

一、先介绍TCP的报文格式​

TCP的报文格式：

 

源端口号：本次TCP连接中，发起连接的主机使用的端口号；

目的端口号：本次TCP连接主，接受连接的主机使用的端口号；

序号：通过TCP传输的每一个数据段，都有一个序号，作用是为了确认此数据段的顺序。网络中允许传输的数据长度是有限制的，所以当我们要通过TCP传输一个较大的数据时，TCP会将数据切割成很多小的数据段进行传输。而将这些小的数据段发送到目的主机时（发送方会同时发送多个数据），并不能保证它们是按顺序到达目的地，所以对于每一个数据段，都要有一个序号，来标识它们是属于总数据的哪一部分，以保证在目的主机中能将他们重新拼接。

确认序号：接收方若接收到一个数据段，会发送一个确认报文给发送方，告诉发送方已经接收到这个数据段，而确认序号的作用就是告诉发送方接收到了哪条数据段。若接收方接收到了序号为n的报文段，则确认序号将是n+1，表示它已经接收了n，下一条想要接收n+1；

首部长度：TCP报文的首部+选项的字节数；

ACK：只有1 bit的标志位，若为1，表示这个数据段中的确认序号是有效的，即这个数据报是对之前接收到的某个报文的确认（一个TCP报文可以同时作为确认报文和传递数据报文）。

RST：只有1 bit的标志位，若客户端向服务器的一个端口请求建立TCP连接，但是服务器的那个端口并不允许建立连接（比如没开启此端口），则服务器会回送一个TCP报文，将RST位置为1，告诉客户端不要再向这个端口发起连接；

SYN：只有1 bit的标志位，若为1，表示这是一条建立连接的TCP报文段；

FIN：只有1 bit的标志位，若为1，表示这是一条断开连接的TCP报文段

二、三次握手

1、第一次握手：客户端给服务器发送一个SYN报文。

2、第二次握手：服务器收到 SYN 报文之后，会应答一个 SYN+ACK 报文。

3、第三次握手：客户端收到 SYN+ACK 报文之后，会回应一个 ACK 报文。

4、服务器收到 ACK 报文之后，三次握手建立完成。

三次握手作用

是为了 确认双方的接收与发送能力是否正常 + 同步序列号。（只有同步了序列号才有可靠的传输）

*SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。是TCP/IP建立连接时使用的握手信号。在客户机和服务器之间建立正常的TCP网络连接时，客户机首先发出一个SYN消息，服务器使用SYN+ACK应答表示接收到了这个消息，最后客户机再以ACK消息响应。这样在客户机和服务器之间才能建立起可靠的TCP连接，数据才可以在客户机和服务器之间传递。

*ACK (Acknowledge character）即是确认字符，在数据通信中，接收站发给发送站的一种传输类控制字符。表示发来的数据已确认接收无误。

示例图

 

• 四次断开

第一步：客户端进程发出断开连接指令，这将导致客户端的TCP程序创建一个特殊的TCP报文段，发送到服务器。这个报文段的FIN字段被置为1，表示这是一条断开连接的报文；

第二步：服务器接收到客户端发来的断开连接报文，向客户端回送这个报文的确认报文（ACK字段为1），告诉服务器已经接收到FIN报文，并允许断开连接；

第三步：服务器发送完确认报文后，服务器的TCP程序创建一条自己的断开连接报文，此报文的FIN字段被置为1，然后发往客户端；

第四步：客户端接收到服务器发来的FIN报文段，则产生一条确认报文（ACK为1），发送给服务器，告知服务器已经接收到了它的断开报文。服务器接收到这条ACK报文段后，释放TCP连接相关的资源（缓存和变量），而客户端等待一段时间后（半分钟、一分钟或两分钟），也释放处于客户端的缓存和变量；

客户端等待的原因

原因一：客户端接收到服务器发送的FIN报文后（第三次挥手），会回送一条确认报文（第四次挥手），但是，客户端并不知道这条确认报文是否可以顺利到达服务器。若这条确认报文在传送到服务器的过程中损坏、丢失或超时，将引起服务器重新发送FIN报文，客户端接收到后，将需要再次发送一条确认报文，直到服务器正确接收。但是，客户端发送确认报文后，立刻释放资源，将导致无法处理重传的FIN报文，所以客户端需要等待一段时间，直到确认没有出现上述情况出现再释放资源。

原因二：TCP四次挥手完成后，理论上已经断开了连接，但是这不代表之前通过这条连接发送的所有数据都处理完毕了，有些可能还在网络中传输。若在四次挥手后，立即释放客户端的资源，然后客户端立即以同一个源端口，向服务器的同一个目的端口再次建立一个TCP连接，这个连接和上一个的 源端口+源IP+目的端口+目的IP 都一模一样，此时将会产生问题。若上一次连接遗留在网络中的报文此时到达，将会被当做新连接传输的数据处理，于是可能会产生一些不可预估的错误。所以，客户端在断开连接后，需要等待一段时间，直到网络中遗留的数据都死掉，才释放资源，而在资源没有被释放前，是不允许建立一个 源端口+源IP+目的端口+目的IP 都一模一样的TCP连接的（因为TCP套接字由这四部分标识）。

示例图：

 

四次断开的原因

TCP是一个全双工（即A与B建立连接，则A可以向B发送数据，而B也可以向A发送数据。）所以，只有当两端的数据都发送完毕，连接才能安全的断开。如A接收到了B的FIN报文段，他会等到自己所有的数据发送完，然后也向B发送一个FIN报文，告诉B我也没数据了，这时候连接才能真正断开，两端各自释放资源。