三次握手四次挥手

TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议。它通过三次握手来建立连接，通过四次挥手来断开连接。

三次握手

所谓三次握手，是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器总共发送3个报文。三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立TCP连接，并同步连接双方的序列号和确认号，交换TCP窗口大小信息。

三次握手过程的示意图如下：

    客户端                        服务器
      |                           |
      |     SYN seq=x             | 第一次握手
      |-------------------------->|
      |                           |
      |     SYN seq=y, ACK ack=x+1| 第二次握手
      |<--------------------------|
      |                           |
      |     ACK ack=y+1           | 第三次握手
      |-------------------------->|
      |                           |

• 第一次握手：客户端将TCP报文标志位SYN置为1，随机产生一个序号值seq=x，保存在TCP首部的序列号字段里，指明客户端打算连接的服务器的端口，并将该数据包发送给服务器端，发送完毕后，客户端进入SYN_SENT状态，等待服务器端确认。
• 第二次握手：服务器端收到数据包后由标志位SYN=1知道客户端请求建立连接，服务器端将TCP报文标志位SYN和ACK都置为1，ack=x+1，随机产生一个序号值seq=y，并将该数据包发送给客户端以确认连接请求，服务器端进入SYN_RECV状态。
• 第三次握手：客户端收到确认后，检查ack是否为x+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=y+1，并将该数据包发送给服务器端，服务器端检查ack是否为y+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，客户端和服务器端进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后客户端与服务器端之间可以开始传输数据了。

四次挥手

所谓四次挥手，是指断开一个TCP连接时，需要客户端和服务器总共发送4个报文。四次挥手的目的是终止数据传输，并释放双方的资源。由于TCP是全双工模式，所以每个方向都需要单独进行关闭。

四次挥手过程的示意图如下：

    客户端                        服务器
      |                           |
      |     FIN seq=u             | 第一次挥手
      |-------------------------->|
      |                           |
      |     ACK ack=u+1           | 第二次挥手
      |<--------------------------|
      |                           |
      |     FIN seq=v             | 第三次挥手
      |<--------------------------|
      |                           |
      |     ACK ack=v+1           | 第四次挥手
      |-------------------------->|
      |                           |

• 第一次挥手：主动关闭方（可以是客户端或服务器）发送一个FIN报文，用来关闭主动方到被动关闭方的数据传送，也就是主动关闭方告诉被动关闭方：我已经不会再给你发数据了（当然，在fin包之前发送出去的数据，如果没有收到对应的ack确认报文，主动关闭方依然会重发这些数据），但此时主动关闭方还可以接受数据。
• 第二次挥手：被动关闭方收到FIN报文后，发送一个ACK给对方，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号）。
• 第三次挥手：被动关闭方发送一个FIN报文，用来关闭被动关闭方到主动关闭方的数据传送，也就是告诉主动关闭方，我的数据也发送完了，不会再给你发数据了。
• 第四次挥手：主动关闭方收到FIN后，发送一个ACK给被动关闭方，确认序号为收到序号+1，至此，完成四次挥手。

常见问题

• 为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次挥手？

答：因为当服务器端收到客户端的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，当服务器端收到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，告诉客户端，“你发的FIN报文我收到了”。只有等到服务器端所有的报文都发送完了，服务器端才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

• 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：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，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。在客户端发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。服务器端如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以客户端不能立即关闭，它必须确认服务器端接收到了该ACK。客户端会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。客户端会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么客户端会重发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，客户端都没有再次收到FIN，那么客户端推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。

• 为什么不能用两次握手进行连接？

答：3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作（双方都知道彼此已准备好），也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。