TCP——三次握手和四次挥手

三次握手

TCP协议目的是为了保证数据能够在两端准确连续的流动，可以想象两个建立起TCP通道的设备如同接起了一根水管，数据就是水管种的水由一头流向了另一头。然而TCP为了能让一个设备连接多个水管，也就是让一个设备同时与多个设备交互信息，它必须保证不同水管之间不能产生串联或相互影响。

为了确保数据能够正确分发，TCP用一种叫TCB（传输控制块）的数据结构把发给不同设备的数据封装起来，我们可以把该结构看作是信封。一个TCB数据块包含了数据发送双方对应的socket信息以及拥有装载数据的缓冲区。

在两个设备要建立连接发送数据之前，双方都必须做一些准备–分配内存建立起TCB数据块

1. 准备工作
   最开始的客户端和服务器都处于CLOSE状态。主动打开连接的是客户端，被动打开的是服务器
   TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接收客户端进程的请求，此时服务器就进入LISTEN状态

2. 一次握手
   TCP客户端也是先创建了传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，SYN，报文首部种的同部位（SYN=1），同时选择一个序列号seq=x
   此时，TCP进入SYN-SENT（同步已发送状态）。TCP规定，SYN报文段不能携带数据，但需要消耗一个序号
   如果是发送，则需要发送一个标志位SYN=1，同时选择一个初始序列号seq=x（随机，客户端或服务器每发送一次+1）

3. 二次握手
   TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。
   收到报文，则需要发送一个确认标志位ACK=1，并且确认序列号ack=x+1，然后发出报文，需要一个发送标志位SYN=1，同时选择一个初始序列号seq=y（随机）

4. TCP客户端收到确认后，还要向服务器给出确认。
   收到报文，发送一个确认标志位ACK=1，确认序列号ack=y+1，seq=x+1 。
   为什么TCP客户端还要最后再发一次确认呢

主要防止已经失效的连接请求报文又突然传送到了服务器，从而产生错误

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。

1. TCP客户端收到一个FIN（关闭连接），用来关闭客户端到服务器的数据传送

2. 服务器收到这个FIN，它发回一个ACK
   客户端发送完所有的数据，请求关闭连接，向服务器申请关闭，但与此同时，服务器未必就把所有的数据全部向客户端发送完毕，所以在第二步和第三步之间，服务器可以继续数据传输

3. 服务器关闭客户端的连接，发送一个FIN给客户端

4. 客户端发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号+1

为什么客户端最后还要等待2MSL

去向ACK消息最大存活时间（MSL）+ 来向FIN消息的最大存活时间（MSL）

第一，保证客户端发送的最后一个ACK报文能够到达服务器

第二，释放的端口可能重连刚断开的服务器端口，这样依然存活在网络里的老的TCP报文可能与新的TCP连接报文冲突

如果已经建立连接了，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。客户端出现故障，服务器不能一直等下去

TCP协议是如何保证可靠传输的

• 数据包校验：目的是检测数据在传输过程中的任何变化，若校验出包有错，则丢弃报文段并且不给出响应，这时 TCP 发送数据端超时后会重发数据；
• 对失序数据包重排序：既然 TCP 报文段作为 IP 数据报来传输，而 IP 数据报的到达可能会失序，因此 TCP 报文段的到达也可能会失序。TCP 将对失序数据进行重新排序，然后才交给应用层；
• 丢弃重复数据：对于重复数据，能够丢弃重复数据；
• 应答机制：当 TCP 收到发自 TCP 连接另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒；
• 超时重发：当 TCP 发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段；
• 流量控制：TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP 的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据，这可以防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出，这就是流量控制。TCP 使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。