TCP的三次握手与四次挥手

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TCP连接的建立（三次握手）

TCP连接的释放（四次挥手）

常见问题 

为什么建立连接是三次握手，关闭连接却是四次挥手呢？

为什么不能用两次握手进行连接？

为什么客户端最后还要等待2MSL？

如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

为什么TCP客户端最后还要发送一次确认呢？

tcp是长连接可靠的，为什么还丢包？

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TCP协议定义(Transimission Control Protocol)是以一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

TCP保证的可靠性，是传输层的可靠性。也就是说，TCP只保证数据从A机器的传输层可靠地发到B机器的传输层。

至于数据到了接收端的传输层之后，能不能保证到应用层，TCP并不管。

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 序列号seq：占4个字节，用来标记数据段的顺序，TCP把连接中发送的所有数据字节都编上一个序号，第一个字节的编号由本地随机产生；给字节编上序号后，就给每一个报文段指派一个序号；序列号seq就是这个报文段中的第一个字节的数据编号。

    确认号ack：占4个字节，期待收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号；序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号；而确认号指的是期望接收到下一个字节的编号；因此当前报文段最后一个字节的编号+1即为确认号。

    确认ACK：占1位，仅当ACK=1时，确认号字段才有效。ACK=0时，确认号无效

    同步SYN：连接建立时用于同步序号。当SYN=1，ACK=0时表示：这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示这是一个连接请求，或连接接受报文。SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1，握手完成后SYN标志位被置0。

    终止FIN：用来释放一个连接。FIN=1表示：此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放运输连接

    PS：ACK、SYN和FIN这些大写的单词表示标志位，其值要么是1，要么是0；ack、seq小写的单词表示序号。
 

TCP连接的建立（三次握手）

 TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了LISTEN（监听）状态；
TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，这是报文首部中的同部位SYN=1，同时选择一个初始序列号 seq=x ，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT（同步已发送状态）状态。TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。
TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了SYN-RCVD（同步收到）状态。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。
TCP客户进程收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。
当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了。

TCP连接的释放（四次挥手）

数据传输完毕后，双方都可释放连接。最开始的时候，客户端和服务器都是处于ESTABLISHED状态，然后客户端主动关闭，服务器被动关闭。

客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。

服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。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。

客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。

服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）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）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。

服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

常见问题 

为什么建立连接是三次握手，关闭连接却是四次挥手呢？

建立连接的时候，服务器在LISTEN状态下，客户端首先向服务器发送一个SYN（同步）报文，然后服务器向客户端回复一个SYN-ACK（同步-确认）报文，最后客户端再向服务器发送一个ACK（确认）报文，建立连接。

这种三次握手的设计是为了确保双方都能够接收和发送数据，从而建立一个可靠的连接。第一次握手客户端发送SYN请求连接，第二次握手服务端响应SYN请求并发送ACK确认连接，第三次握手客户端再次发送ACK确认连接。

而TCP断开连接需要四次挥手，因为连接是双向的，双方都需要发送一个FIN（结束）报文来表示断开连接。首先，一个端口发送FIN报文表示该端口不会再发送数据，接收端会发送一个ACK报文确认已收到FIN报文；接着，接收端发送FIN报文表示该端口不会再发送数据，最后发送端再回复一个ACK报文表示已收到对方的FIN报文，四次挥手完成断开连接。这种四次挥手的设计是为了确保双方都能够收到对方的FIN报文，并且不会因为网络延迟或丢包导致连接无法正常关闭。

为什么不能用两次握手进行连接？

三次握手的主要目的是确认自己和对方的发送和接收都是正常的，从而保证了双方能够进行可靠通信。

    如果没有第三次握手，由于第二次的握手过程中数据可能存在丢失问题，导致客户端没有收到，但是服务端以为客户端收到了，实际上客户端没有收到，因此客户端就在一直等服务器发送数据，如果超时，就重新发起新的三次握手连接请求。但是服务端在第二次握手完成之后，即服务端发送完报文之后，它以为客户端能够接收到自己发送的报文段，它以为他们之间已经建立了连接，所以就一直在等客户端发送数据，导致整个过程循环，由于客户端在不停的创建连接，服务端的会一直打开新的端口，长此以往，这样的端口越来越多，造成服务端资源的浪费。

为什么客户端最后还要等待2MSL？

MSL（Maximum Segment Lifetime），最长报文段寿命。TCP允许不同的实现可以设置不同的MSL值。

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。

四个报文都发送完毕，直接进入CLOSE状态了，由于网络是不可靠的，有可能最后一个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。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。

如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

为什么TCP客户端最后还要发送一次确认呢？

一句话，主要防止已经失效的连接请求报文突然又传送到了服务器，从而产生错误。

如果使用的是两次握手建立连接，假设有这样一种场景，客户端发送了第一个请求连接并且没有丢失，只是因为在网络结点中滞留的时间太长了，由于TCP的客户端迟迟没有收到确认报文，以为服务器没有收到，此时重新向服务器发送这条报文，此后客户端和服务器经过两次握手完成连接，传输数据，然后关闭连接。此时此前滞留的那一次请求连接，网络通畅了到达了服务器，这个报文本该是失效的，但是，两次握手的机制将会让客户端和服务器再次建立连接，这将导致不必要的错误和资源的浪费。

如果采用的是三次握手，就算是那一次失效的报文传送过来了，服务端接受到了那条失效报文并且回复了确认报文，但是客户端不会再次发出确认。由于服务器收不到确认，就知道客户端并没有请求连接。
 

tcp是长连接可靠的，为什么还丢包？

​ TCP 协议是一种可靠传输协议，通过使用各种技术和算法，TCP 协议可以保证数据的可靠传输。但是，即使在 TCP 协议下，仍然有可能出现丢包的情况。以下是几个可能导致 TCP 丢包的原因：

网络拥塞：网络拥塞是指在网络传输中，数据包的数量超过了网络的处理能力，从而导致网络传输延迟和丢包。在网络拥塞的情况下，TCP 协议会采用拥塞控制算法，减慢数据传输速度，从而避免数据丢失。

传输链路错误：在数据传输过程中，可能出现传输链路的错误，例如传输介质故障或者路由器故障等。这种情况下，TCP 协议会通过重传机制来保证数据的可靠传输。

接收方处理不及时：在数据传输过程中，接收方可能因为各种原因（例如 CPU 负载过高或者处理程序崩溃等）无法及时处理数据包，从而导致数据包被丢失。在这种情况下，TCP 协议会采用超时重传机制来保证数据的可靠传输。

防火墙或者网络安全设备：防火墙或者其他网络安全设备可能会过滤掉某些 TCP 数据包，从而导致数据包的丢失。这种情况下，可以通过配置防火墙规则或者网络安全设备来解决问题。

总之，虽然 TCP 协议是一种可靠传输协议，但是仍然可能出现数据丢失的情况。为了提高数据传输的可靠性，TCP 协议采用了多种技术和算法来保证数据的可靠传输，例如拥塞控制、重传机制、超时重传机制等。