TCP三次握手四次挥手

TCP的三次握手和四次挥手实质就是TCP通信的连接和断开。

1.三次握手

TCP协议位于传输层，作用是提供可靠的字节流服务，为了准确无误地将数据送达目的地，TCP协议采纳三次握手策略。

==三次握手原理：==

第1次握手：客户端发送一个带有SYN（synchronize）标志的数据包给服务端；
第2次握手：服务端接收成功后，回传一个带有SYN/ACK标志的数据包传递确认信息，表示收到了；
第3次握手：客户端再回传一个带有ACK标志的数据包，握手结束。

其中：SYN标志位数置1，表示建立TCP连接；ACK标志表示验证字段。

ACK：此标志表示应答域有效。TCP应答号将会包含在TCP数据包中。

有两个取值：0和1，1表示应答域有效，反之为0。

SYN(SYNchronization) ：

在连接建立时用来同步序号。SYN置1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。

当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文；

SYN=1和ACK=1，对方同意建立连接。

可通过以下趣味图解理解三次握手：

三次握手详细说明：

第一次握手：建立连接。客户端发送连接请求报文段，将SYN位置为1，Sequence Number为x；然后，客户端进入SYN_SEND状态，等待服务器的确认；
第二次握手：服务器收到SYN报文段。服务器收到客户端的SYN报文段，需要对这个SYN报文段进行确认，设置Acknowledgment Number为x+1(Sequence Number+1)；同时，自己自己还要发送SYN请求信息，将SYN位置为1，Sequence Number为y；服务器端将上述所有信息放到一个报文段（即SYN+ACK报文段）中，一并发送给客户端，此时服务器进入SYN_RECV状态；
第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。然后将Acknowledgment Number设置为y+1，向服务器发送ACK报文段，这个报文段发送完毕以后，客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态，，完成TCP三次握手。完成了三次握手，客户端和服务器端就可以开始传送数据。

2.四次挥手

由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。

==四次挥手原理：==

第1次挥手：客户端发送一个FIN，用来关闭客户端到服务端的数据传送，客户端进入FIN_WAIT_1状态；
第2次挥手：服务端收到FIN后，发送一个ACK给客户端，确认序号为收到序号+1

（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），服务端进入CLOSE_WAIT状态；

客户端进入FIN_WAIT_2状态
第3次挥手：服务端发送一个FIN，用来关闭服务端到客户端的数据传送，服务端进入LAST_ACK状态；
第4次挥手：客户端收到FIN后，客户端t进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，

确认序号为收到序号+1，服务端进入CLOSED状态，完成四次挥手。

其中：FIN（finis）标志位数置1，表示断开TCP连接。

可通过以下趣味图解理解四次挥手：

LISTEN：等待从任何远端TCP 和端口的连接请求。

SYN_SENT：发送完一个连接请求后等待一个匹配的连接请求。

SYN_RECEIVED：发送连接请求并且接收到匹配的连接请求以后等待连接请求确认。

ESTABLISHED：表示一个打开的连接，接收到的数据可以被投递给用户。连接的数据传输阶段的正常状态。

FIN_WAIT_1：等待远端TCP 的连接终止请求，或者等待之前发送的连接终止请求的确认。

FIN_WAIT_2：等待远端TCP 的连接终止请求。

CLOSE_WAIT：等待本地用户的连接终止请求。

CLOSING：等待远端TCP 的连接终止请求确认。

LAST_ACK：等待先前发送给远端TCP 的连接终止请求的确认（包括它字节的连接终止请求的确认）

TIME_WAIT：等待足够的时间过去以确保远端TCP 接收到它的连接终止请求的确认。
TIME_WAIT 两个存在的理由：
1.可靠的实现tcp全双工连接的终止；
2.允许老的重复分节在网络中消逝。

CLOSED：不在连接状态（这是为方便描述假想的状态，实际不存在）

3.为什么需要三次握手，两次不行吗？

弄清这个问题，我们需要先弄明白三次握手的目的是什么，能不能只用两次握手来达到同样的目的。

第一次握手：客户端发送网络包，服务端收到了。这样服务端就能得出结论：客户端的发送能力、服务端的接收能力是正常的。
第二次握手：服务端发包，客户端收到了。这样客户端就能得出结论：服务端的接收、发送能力，客户端的接收、发送能力是正常的。不过此时==服务器并不能确认客户端的接收能力是否正常==。
第三次握手：客户端发包，服务端收到了。这样服务端就能得出结论：客户端的接收、发送能力正常，服务器自己的发送、接收能力也正常。

另一个种解释：

因为某些原因，S没有收到C的包，过了一段时间后才收到，S认为这是两个请求，而C认为是一个请求，从而在2次握手后进入等待状态，造成状态不一致。
如果在3次握手的状态下，S收不到最后的ACK包，自然不会认为连接建立成功。
所以3次握手，就是为了解决网络信道不可靠的问题。

因此，需要三次握手才能确认双方的接收与发送能力是否正常。

4.三次握手过程中可以携带数据吗？

其实第三次握手的时候，是可以携带数据的。但是，第一次、第二次握手不可以携带数据

为什么这样呢?大家可以想一个问题，假如第一次握手可以携带数据的话，如果有人要恶意攻击服务器，那他每次都在第一次握手中的 SYN 报文中放入大量的数据。因为攻击者根本就不理服务器的接收、发送能力是否正常，然后疯狂着重复发 SYN 报文的话，这会让服务器花费很多时间、内存空间来接收这些报文。

也就是说，第一次握手不可以放数据，其中一个简单的原因就是会让服务器更加容易受到攻击了。而对于第三次的话，此时客户端已经处于 ESTABLISHED 状态。对于客户端来说，他已经建立起连接了，并且也已经知道服务器的接收、发送能力是正常的了，所以能携带数据也没啥毛病。

5.挥手为什么需要四次？

因为当服务端收到客户端的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”。只有等到我服务端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四次挥手。

6.为什么客户端需要等待超时时间

这是为了保证对方已经收到ACK。

因为假设客户端发送完最后一份ACK后，就释放了链接，一旦ack包在网络中丢失，服务端将一直停留在最后的确认状态。
如果客户端发行完最后一份ACK后，等待一段时间，这时服务端又没有收到ACK，会重发FIN包，客户端会响应这个FIN包，重发ACK包，并刷新超时时间，也是为了保证在不可靠的网络链路中进行可靠的链接断开确认

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