讲一讲的TCP三次握手和四次挥手-tcp三次握手的工作原理

前言

如果你学过网络基础知识，那么你一定对TCP三次握手不陌生。今天我想用通俗的话来给大家讲一讲TCP三次握手和四次挥手。毕竟，这个知识点在面试时被问到的概率很高！

TCP特点

① 面向连接

TCP是面向客户端和服务器端连接的通讯协议，使用它可以将客户端和服务器端进行连接。数据通信之前，必须要有一个连接通道建立。

② 可靠性

是指无论网络环境多差，TCP都可以保证信息一定能够传递到接收端。TCP之所以可以保证可靠性主要得益于两个方面，一个是“状态性”，另一个是“可控制性”。所谓状态性是指TCP会记录信息的发送状态，例如，哪些数据收到了、哪些数据没收到等状态信息都会被记录；可控制性是指TCP会根据状态情况控制自己的行为，比如当TCP意识到丢包了就会控制重发此包，这样就实现了TCP的可靠性。 总之，TCP可以很好地处理传输过程中数据包丢失的情况，它会重复发送包，这个特性很关键。

③ 传输单位为数据段

是指TCP在数据传输时，传送的每一个数据包里的数据只是一个数据段单元，并非完整数据，比如，要传送一个1MB的文件，整个文件会被切割成诸多数据段，然后再进行传输。 由于数据段大小受应用层传送给的报文大小和所途径网络中的MYU值大小决定，所以每次发送的TCP数据段大小是不固定的。在一个具体的网络中，有一个MSS（Maximum Segment Size，即最大数据段大小），最小的和数据段可能仅有21字节（其中20字节属于TCP数据段头部，数据部分仅1字节）。

④基于字节流

说到字节流，不得不提一下UDP的传输，UDP传输是基于报文的，简单点理解，UDP传输一个消息，需要将整个消息封装成一个数据包，然后进行传输。而TCP不一样，它会把整个消息切割成若干段，然后每一个段再被封装成数据包，逐一传输。总之，TCP不像UDP那样以一个个报文独立地进行传输，而是在不保留报文边界的情况下以字节流方式进行传输。

TCP三次握手过程

了解了TCP的特点后，再来看TCP三次握手就容易理解为何要三次，而不是两次啦。

一开始客户端和服务端都是CLOSED状态，就好比他们两个彼此相互不认识，谁都不理谁。下面为了更好理解三次握手，我把客户端叫做小客，服务器叫做小服。

有一天小客需要小服帮忙，于是小客首先跟小服打招呼：你好小服，我需要你帮助，可以帮我吗？（客户端发送SYN=1,seq=x，这个x是一个随机数） 小服收到消息后，会回一个反馈给到小客：你好小客，我可以帮助你啊，那我要如何帮你呢？（服务端发送SYN=1,ACK=1，同时发送seq=y，ack=x+1，这里的ack为客户端发送的seq数值加1） 小客收到小服的反馈后，很高兴，于是又跟小服回了一句：谢谢你小服，我需要你帮我做……（客户端再次跟服务端发送ACK=1,seq=x+1，ack=y+1）。 小服再次收到小客的反馈后，小服就开始帮小服做事情了，从此成为了好基友！

做一个简单总结：

第一次握手：客户端发送 SYN 报文，并进入 SYN_SENT 状态，等待服务器的确认；

第二次握手：服务器收到 SYN 报文，需要给客户端发送 ACK 确认报文，同时服务器也要向客户端发送一个 SYN 报文，所以也就是向客户端发送 SYN + ACK 报文，此时服务器进入 SYN_RCVD 状态；

第三次握手：客户端收到 SYN + ACK 报文，向服务器发送确认包，客户端进入 ESTABLISHED 状态。待服务器收到客户端发送的 ACK 包也会进入 ESTABLISHED 状态，完成三次握手。

TCP四次挥手

当客户端和服务端通信完毕后，需要断开连接，释放资源。在正式断开连接之前，客户端和服务端会出现几个状态，先看四次挥手状态图：

我们还拿刚才小客和小服来举例，小客的事情在小服的帮助下得到了圆满结束，小客对小服非常感激，这一天小客跟小服提出了感谢。

小客：你好小服，我的事情在你的帮助下终于完成了，感谢你的帮忙，后面暂时不需要你的帮助啦。（FIN=1 seq=u）

小服：收到，小客，不用客气啦。这阵我也太累了，是该休息一下啦，那我们就后会有期吧？（ACK=1 seq=v ack=u+1; FIN=1 seq=w ack=u+1）

小客：再次感谢，后会有期！（ACK=1 seq=u+1 ack=w+1）

之后小客和小服就没有再联系了。

再来做个总结吧：

客户端发送断开TCP连接请求的报文，其中报文中包含seq序列号，是由发送端随机生成的，并且还将报文中的FIN字段置为1，表示需要断开TCP连接。（FIN=1，seq=x，x由客户端随机生成）；

服务端会回复客户端发送的TCP断开请求报文，其包含seq序列号，是由回复端随机生成的，而且会产生ACK字段，ACK字段数值是在客户端发过来的seq序列号基础上加1进行回复，以便客户端收到信息时，知晓自己的TCP断开请求已经得到验证。（FIN=1，ACK=x+1，seq=y，y由服务端随机生成）；

服务端在回复完客户端的TCP断开请求后，不会马上进行TCP连接的断开，服务端会先确保断开前，所有传输到A的数据是否已经传输完毕，一旦确认传输数据完毕，就会将回复报文的FIN字段置1，并且产生随机seq序列号。（FIN=1，ACK=x+1，seq=z，z由服务端随机生成）；

客户端收到服务端的TCP断开请求后，会回复服务端的断开请求，包含随机生成的seq字段和ACK字段，ACK字段会在服务端的TCP断开请求的seq基础上加1，从而完成服务端请求的验证回复。（FIN=1，ACK=z+1，seq=h，h为客户端随机生成）

TCP连接中的状态说明

TCP三次握手和四次挥手过程中，客户端和服务端出现了多个TCP连接状态，下面我来做一个列举。

LISTEN：服务端上起了服务就会监听一个端口（例如SSHD服务监听22端口），等待客户端来连接它。

SYN_SENT：客户端想要连接服务端，先打招呼，也就是三次握手时的第一次，它把请求发出去后，就变成了这个状态，表示等待服务端的确认。

SYN_RECEIVED：服务端接收到了客户端的请求，之后需要反馈给客户端确认信息，并且同时也要把自己的请求信息一起发给客户端，此时就会变成SYN_RECEIVED状态。

ESTABLISHED：经过三次握手后，客户端和服务端相继变成ESTABLISHED状态，表示双方建立了连接。只有双方都是该状态，才可以顺利传输数据。

FIN_WAIT_1：客户端和服务端传输完数据后，总有一方需要主动发起关闭连接，这个FIN_WAIT_1状态出现在主动关闭方。当它发起关闭连接的请求后，就会变成此状态。它需要等待对方的确认。

FIN_WAIT_2：主动关闭方收到被动关闭方的确认信息后，就会变成此状态。

CLOSE_WAIT：被动关闭方收到主动方的关闭请求后，会发出确认信息，确认信息发出后就出现了CLOSE_WAIT。

LAST_ACK：被动关闭方除了发送确认信息外，还需要发送关闭确认信息给对方，这个信息发送完毕后，就会成为LAST_ACK状态，此时被动关闭方只需要等待主动关闭方的一个回馈确认信息。

TIME_WAIT：主动关闭方将最后一次的确认信息发送给被动关闭方，就会处于TIME_WAIT状态，该状态只出现在主动关闭方，它只需等待一个时间就会彻底关闭，这个等待的时间为2*MSL（Maximum Segment Lifetime，报文最长存活时间）。因为它需要一个等待时间，所以在Linux系统里，这个状态是最常见、最多的状态。

CLOSING:几乎看不到的状态，表示正在关闭连接，这个是瞬时完成的。

CLOSED：彻底关闭连接的状态（这是为方便描述假想的状态，实际不存在）

审核编辑：刘清