TCP/IP协议三次握手和四次挥手详解

蔚落 2022-03-28 07:26 150阅读 0赞

### TCP特性 ###

*  TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务
 *  在一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信。广播和多播不能用于TCP
 *  TCP使用校验和，确认和重传机制来确保可靠传输
 *  TCP给数据分节进行排序，并使用累积确认保证数据的顺序不变和非重复
 *  TCP使用滑动窗口机制来实现流量控制，通过动态改变窗口的大小进行拥塞控制

注：TCP并不能保证数据一定会被对方接收到，因为这是不可能的。TCP能够做到的是，如果有可能，就把数据递送到接收方，否则就（通过放弃重传并且中断连接这一手段）通知用户。因此准确说TCP也不是100%可靠的协议，它所能提供的是数据的可靠递送或故障的可靠通知。

TCP的首部数据格式：

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URG：紧急指针(urgent pointer)有效（只有当URG标志置1时，紧急指针才有效）

ACK：确认序号有效（只有ACK标志为1时确认序号字段才有效）

PSH：接收方应该尽快将这个报文段交给应用层

PST：重建连接

SYN：同步序号用来发起一个连接（新建一个连接时，SYN=1）

FIN：发送端完成发送任务

seq：初始序号（客户端的seq可设置为任何值，服务端的seq为任意值，ack为客户端seq+1）

ack：确认序号（对客户端发来的seq请求进行确认）

ISN：初始序号（Initial Sequence Number）

### **三次握手** ###

所谓三次握手（Three-way Handshake），是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器中国发送3个包。

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串口大小信息。在socket编程中，客户端执行connect()时。将触发三次握手。

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*  第一次握手（SYN=1，seq=x）

客户端发送一个TCP的SYN标志位置为1的包，指明客户端打算连接的服务器的端口，以及初始序号X，保存在包头的序列号（Sequence Number）字段里。发送完毕后，客户端进入SYN\_SENT状态。

*  第二次握手（SYN=1，ACK=1，seq=y，ACKnum=x+1）

服务器发出确认包（ACK）应答。即SYN标志位和ACK标志位均为1.服务器端选择自己ISN序列号，放到seq域里，同时将确认序号（Acknowledgement Number）设置为客户的ISN加1，即X+1。发送完毕后，服务器端进入SYN\_RCVD状态。

*  第三次握手（ACK=1，ACKnum=y+1）

客户端再次发送确认包（ACK），SYN标志位为0，ACK标志位为1，并且把服务器发来的ACK序号字段+1，放在确定字段中发送给服务器端，并且在数据段放写ISN的+1。发送完毕后，客户端进入ESTABLISHED状态，当服务器段接收到这个包时，也进入ESTABLISHED状态，TCP握手结束。

### **四次挥手** ###

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TCP的连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次挥手（Four-way Handshake），也叫做改进的三次握手。客户端或服务器端均可以主动发起挥手动作，在socket编程中，任何一方执行close()操作即可产生挥手操作。

*  第一次挥手（FIN=1，seq=i）

假设客户端想要关闭连接，客户端发送一个FIN标志位置为1的包，表示自己已经没有数据可以发送了，但是任然可以接受数据。发送完毕后，客户端进入FIN\_WAIT\_1状态。

*  第二次挥手（ACK=1，ACKnum=i+1）

服务器端确认客户端的FIN包，发送一个确认包，表明自己接收到了客户端关闭连接的请求，但还没有准备好关闭连接。发送完毕后，服务器进入CLOSE\_WAIT状态，客户端接收到这个确认包之后，进入FIN\_WAIT\_2状态，等待服务器端关闭连接。

*  第三次挥手（FIN=1，seq=j）

服务器端准备好关闭连接时，向客户端发送结束连接请求，FIN置为1。发送完毕后，服务器端进入LAST\_ACK状态，等待来自客户端的最后一个ACK。

*  第四次挥手（ACK=1，ACKnum=j+1）

客户端接收到来自服务器端的关闭请求，发送一个确认包，并进入TIME\_WAIT状态，等待可能出现的要求重传的ACK包。服务器端接收到这个确认包之后，关闭连接，进入CLOSED状态。

客户端等待了某个固定时间（两个最大段生命周期，2MSL，2Maximum Segment Lifetime）之后，没有收到服务器端的ACK，认为服务器端已经正常关闭连接，于是自己也关闭连接，进入CLOSED状态。

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**面试题：**

为什么建立连接时三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？

答案一：这是因为服务端在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。二而关闭连接时，当收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了，但是对方还能接收数据，乙方也未必全部数据都发送给对方了，所以乙方可以立即close，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接。一次，乙方ACK和FIN一般都会分开发送。

答案二：TCP三次握手的时候，ACK（确认）和SYN（建立连接）是一起发送的。而挥手的时候是分开发送的。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，很可能并不会理解关闭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”。只有等到我服务器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。

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