TCP 协议为什么握手是 3 次，挥手却是 4 次？

TCP 协议为什么握手是 3 次，挥手却是 4 次？

TCP（Transport Control Protocol）是一个传输层协议，提供 Host-To-Host 数据的可靠传输，支持全双工，是一个连接导向的协议。
TCP 提供的是 Host-To-Host 传输，一台主机通过 TCP 发送数据给另一台主机。这里的主机（Host）是一个抽象的概念，可以是手机、平板、手表等。收发数据的设备都是主机，所以双方是平等的。

TCP 协议往上是应用到应用（Application-To-Application）的协议。而 TCP 上层有太多的应用，不仅仅有微信，还有原神、抖音、网易云音乐……因此 TCP 上层的应用层协议使用 TCP 能力的时候，需要告知 TCP 是哪个应用——这就是端口号。端口号用于区分应用。TCP 要实现主机到主机通信，就需要知道主机们的网络地址（IP 地址），但是 TCP 不负责实际地址到地址（Address-To-Address）的传输，因此 TCP 协议把 IP 地址给底层的互联网层处理。
互联网层，也叫网络层（Network Layer），提供地址到地址的通信，IP 协议就在这一层工作。互联网层解决地址到地址的通信，但是不负责信号在具体两个设备间传递。因此，网络层会调用下方的链路层在两个相邻设备间传递信息。当信号在两个设备间传递的时候，科学家又设计出了物理层封装最底层的物理设备、传输介质等，由最下方的物理层提供最底层的传输能力。
以上的 5 层架构，我们称为互联网协议群，也称作 TCP/IP 协议群。总结下，主机到主机（Host-To-Host）为应用提供应用间通信的能力。

连接和会话

连接（Connection）——连接是数据传输双方的契约。
连接是通信双方的一个约定，目标是让两个在通信的程序之间产生一个默契，保证两个程序都在线，而且尽快地响应对方的请求，这就是连接（Connection）。设计上，连接是一种传输数据的行为。连接是网络行为状态的记录。
连接关联的还有一个名词，叫作会话（Session），会话是应用的行为。有些系统设计中，会话会自动重连（也就是重新创建连接），或者帮助创建连接。

双工/单工问题

在任何一个时刻，如果数据只能单向发送，就是单工，所以单工需要至少一条线路。如果在某
个时刻数据可以向一个方向传输，也可以向另一个方向反方向传输，而且交替进行，叫作半双
工；半双工需要至少 1 条线路。最后，如果任何时刻数据都可以双向收发，这就是全双工，全
双工需要大于 1 条线路。当然这里的线路，是一个抽象概念，你可以并发地处理信号，达到模
拟双工的目的。

TCP 是一个双工协议，数据任何时候都可以双向传输。这就意味着客户端和服务端可以平等地
发送、接收信息。正因为如此，客户端和服务端在 TCP 协议中有一个平等的名词——Host

（主机）。

可靠性

可靠性指数据保证无损传输。如果发送方按照顺序发送，然后数据无序地在网络间传递，就必
须有一种算法在接收方将数据恢复原有的顺序。另外，如果发送方同时要把消息发送给多个接
收方，这种情况叫作多播，可靠性要求每个接收方都无损收到相同的副本。多播情况还有强可
靠性，就是如果有一个消息到达任何一个接收者，那么所有接受者都必须收到这个消息。

TCP 的握手和挥手

TCP 是一个连接导向的协议，设计有建立连接（握手）和断开连接（挥手）的过程。TCP 没有
设计会话（Session），因为会话通常是一个应用的行为。

TCP 协议的基本操作

TCP 协议有这样几个基本操作：
如果一个 Host 主动向另一个 Host 发起连接，称为 SYN（Synchronization），请求同步；
如果一个 Host 主动断开请求，称为 FIN（Finish），请求完成；
如果一个 Host 给另一个 Host 发送数据，称为 PSH（Push），数据推送。
以上 3 种情况，接收方收到数据后，都需要给发送方一个 ACK（Acknowledgement）响应。
请求/响应的模型是可靠性的要求，如果一个请求没有响应，发送方可能会认为自己需要重发这
个请求。

建立连接的过程（三次握手）

因为要保持连接和可靠性约束，TCP 协议要保证每一条发出的数据必须给返回，返回数据叫作
ACK（也就是响应）。

1. 客户端发消息给服务端（SYN）
2. 服务端准备好进行连接
3. 服务端针对客户端的 SYN 给一个 ACK
4. 服务端发送一个 SYN 给客户端
5. 客户端准备就绪
6. 客户端给服务端发送一个 ACK.
   为什么6个 步骤确实三次握手呢？
   步骤 1 是 1 次握手；
   步骤 2 是服务端的准备，不是数据传输，因此不算握手；
   步骤 3 和步骤 4，因为是同时发生的，可以合并成一个 SYN-ACK 响应，作为一条数据
   传递给客户端，因此是第 2 次握手；
   步骤 5 不算握手；
   步骤 6 是第 3 次握手。
   步骤 3 和步骤 4，看到下图中 SYN 和 ACK 被合并了，因此建立连接一共需要 3 次握手。
   

断开连接的过程（4 次挥手）

1. 客户端要求断开连接，发送一个断开的请求，这个叫作（FIN）。

2. 服务端收到请求，然后给客户端一个 ACK，作为 FIN 的响应。

3. 这里你需要思考一个问题，可不可以像握手那样马上传 FIN 回去？
   其实这个时候服务端不能马上传 FIN，因为断开连接要处理的问题比较多，比如说服务
   端可能还有发送出去的消息没有得到 ACK；也有可能服务端自己有资源要释放。因此断
   开连接不能像握手那样操作——将两条消息合并。所以，服务端经过一个等待，确定可
   以关闭连接了，再发一条 FIN 给客户端。

4. 客户端收到服务端的 FIN，同时客户端也可能有自己的事情需要处理完，比如客户端有
   发送给服务端没有收到 ACK 的请求，客户端自己处理完成后，再给服务端发送一个
   ACK。
   

总结

1. TCP 提供连接（Connection），让双方的传输更加稳定、安全。

2. TCP 没有直接提供会话，因为应用对会话的需求多种多样，比如聊天程序会话在保持双
   方的聊天记录，电商程序会话在保持购物车、订单一致，所以会话通常在 TCP 连接上进
   一步封装，在应用层提供。

3. TCP 是一个面向连接的协议（Connection -oriented Protocol），说的就是 TCP 协议
   参与的双方（Host）在收发数据之前会先建立连接。后面我们还会学习 UDP 协议，
   UDP 是一个面向报文（Datagram-oriented）的协议——协议双方不需要建立连接，
   直接传送报文（数据）。

4. 最后，连接需要消耗更多的资源。比如说，在传输数据前，必须先协商建立连接。因
   此，不是每种场景都应该用连接导向的协议。像视频播放的场景，如果使用连接导向的
   协议，服务端每向客户端推送一帧视频，客户端都要给服务端一次响应，这是不合理的