TCP三次握手、数据传输与四次挥手

一、建立TCP连接 —— 三次握手

（1）客户端向服务端发送一个携带初始序列号的SYN包。
（2）服务端收到后将其加入到半连接队列，然后向客户端回复携带初始序列号的SYN+ACK包。
（3）客户端收到后再向服务端发送一个ACK包，服务端收到后确认建立连接，放入到全连接队列。

问题1：为什么是三次握手？不是两次、四次？

• 防止历史重复连接：例如当客户端发了一个SYN包由于网络拥堵没有及时得到回复，于是发了一个新的SYN包，如果是两次握手会重复连接多次，造成资源浪费。
• 服务端回复的SYN+ACK包可合并一起发送，无需分成两次，因此不需要四次

问题2：第三次握手丢失了，会发生什么？

• 因为这个第三次握手的 ACK 是对第二次握手的 SYN 的确认报文，所以当第三次握手丢失了，如果服务端那一方迟迟收不到这个确认报文，就会触发超时重传机制，重传 SYN-ACK 报文，直到收到第三次握手，或者达到最大重传次数。

• 注意，ACK 报文是不会有重传的，当 ACK 丢失了，就由对方重传对应的报文。

二、数据传输过程

建立连接后双方就可以开始正式的数据通信了

1. TCP数据分片

TCP传输是面向字节流的，数据之间没有边界，当数据量过大时，在TCP层面就会按MSS大小（MTU-IP&TCP头部长度）对数据进行分片，每片数据再构成一个TCP报文交给IP层进行发送，以此避免超过MTU大小导致在IP层又对TCP报文进行分片，导致一片IP报文丢失时就要重传整个较大的TCP报文。

与TCP不同的是，UDP按包进行传输，不会对数据分片，这就是说应用层一次交给UDP多长的数据，UDP就将其组成一个UDP报文交给IP层，若报文过长，则IP层会进行分片，一片丢失则对于接收端整个UDP报文就丢失了，这也是UDP丢包率高的原因之一。

2. 确认应答机制

数据分片发送后那接收端如何重新将其排列为有序的数据流呢，发送端又是如何知道数据包安全抵达了呢？这就依靠TCP头部中的序列号和确认应答号了。

序列号：在建立连接时通信双方就会在SYN包中随机生成一个初始序列号发送给对方，之后发送数据包通信时就从上一次序列号+数据字节数长度作为序列号（连接和断开时的SYN包和FIN包数据长度视为1），这样接收端就可以按包的序号以及数据长度进行排列，解决网络包乱序问题。
确认应答号：接收端在收到数据后会发送一个ACK包，其中包含一个确认应答号，值为接收到的数据包序列号+数据长度，表示说这个序号前面的数据我都收到了，从这个序号开始发数据给我，这样发送端若没有收到对应的应答号，就可以对数据进行重传，解决丢包的问题。

为了保证传输的高效和可靠，TCP协议还做了很多复杂的机制，如重传机制、滑动窗口、流量控制、拥堵控制等，之后的文章再聊

三、关闭TCP连接 —— 四次挥手

（1）假设客户端要关闭连接，首先向服务端发送一个FIN包，自身进入终止等待1状态
（2）服务端收到后向客户端回复一个ACK包，自身进入关闭等待状态，此时仍可以向客户端发送数据。客户端收到ACK包后进入终止等待2状态
（3）服务端发送完毕后向客户端再发送一个FIN包，进入最后确认状态。
（4）客户端收到FIN包后向服务端发送一个ACK包，进入TIME-WAIT超时等待状态。服务端收到ACK包后就关闭连接，客户端超时完毕后也关闭连接。如果服务端再指定时间内没有收到ACK包会重发FIN包，客户端收到后会重发ACK包并刷新超时时间。

参考：

1. https://www.bilibili.com/video/BV1kV411j7hA
2. https://xiaolincoding.com/network/3_tcp/tcp_interview.html