Python3 &TCP三次握手和四次挥手通俗理解

TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，在发送数据前，通信双方必须在彼此间建立一条连接。所谓的“连接”，其实是客户端和服务端保存的一份关于对方的信息，如ip地址、端口号等。

TCP可以看成是一种字节流，它会处理IP层或以下的层的丢包、重复以及错误问题。在连接的建立过程中，双方需要交换一些连接的参数。这些参数可以放在TCP头部。

一个TCP连接由一个4元组构成，分别是两个IP地址和两个端口号。一个TCP连接通常分为三个阶段：连接、数据传输、退出（关闭）。通过三次握手建立一个链接，通过四次挥手来关闭一个连接。

三次握手过程

建立TCP连接时，需要客户端和服务器共发送3个包。

第一次：客户端发送初始序号seq=x和syn=1请求标志
第二次：服务器发送请求标志syn，发送确认标志ACK，发送自己的序号seq=y，发送客户端的确认序号ack=x+1
第三次：客户端发送ACK确认号，发送自己的序号seq=x+1，发送对方的确认号ack=y+1

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简单来说就是：
1）发送方：hi，小明，听得到吗？
2）接收方：听得到，你能听到我说话吗?
3）发送方：听到了，我们的通信可以开始了。
上面分析过程可以看出，握手两次达不到让双方都得出自己、对方的接收、发送能力都正常的结论的。

四次挥手过程

所谓四次挥手（Four-Way Wavehand）即终止TCP连接，就是指断开一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。在socket编程中，这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发。
由于TCP连接是全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。

第1次挥手：Client发送一个FIN=1， 序列号seq=u，用来关闭Client到Server的数据传送，进入FIN-WAIT-1状态。这表示Client没有数据要发送给Server了。
第2次挥手：Server收到Client发送的FIN后，发送一个确认标志ACK=1，Client的确认号ack=u+1，自己Server的序列号seq=v给Client，Server进入CLOSE_WAIT状态（Client向Server的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即Client已经没有数据要发送了，但是Server若发送数据，Client依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间）。
第3次挥手：Client收到Server确认结果后，进入FIN-WAIT-2状态（等待Server发送连接释放报文，即在这之前还需要接受Server发送的最后的数据）。此时Server将最后的数据发送完毕后，就向Client发送连接释放报文，Server发送释放FIN=1信号，确认标志ACK=1，确认序号ack=u+1，自己Server的序号seq=w，用来关闭Server到Client的数据传送。Server进入LAST-ACK（最后确认态），等待Client的确认。
第4次挥手：Client收到Server的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，自己的seq=u+1，Client 进入TIME-WAIT（时间等待）。Server收到了Client发出的确认，立即进入CLOSED状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间，则Client 端进入CLOSE状态，完成四次挥手。

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简单来说就是：
1）Client： 小明，我的话都说完了
2）Server：好的，我都听到了，不过，我还没说完，等一下
3）Server：好了，我也说完了
4）Client： 好的，那我们这次的通话结束

【问题1】为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？
答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到Server端所有的报文都发送完了，才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

【问题2】为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？
答：按道理，四个报文都发送完毕，就可以直接进入CLOSE状态了，假如网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在Client发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。