TCP : 3次握手与4次挥手
2016-06-07 17:02
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TCP协议在运输层工作，当客户端想要连接服务器，TCP协议要求 客户端和服务器共需要3次数据传输，才能确保客户端和服务器已经连通，我们把这个过程称为——3次握手。
为什么是3次握手呢？我先来举一个现实中的例子。我给你打电话时，当拨号过去时，相当于我发送了第一次握手，表示我想和你通话。当你提起电话，“喂？”，这是你发送的第二次握手，发送消息给我，表示愿意与我通话，并且你信号正常。我这边再次“喂”，这是我发出的第三次握手，表示我收到了你的确定通话的消息，并且我这边信号也正常。 到此时，连接建立成功，开始聊天。
这三次握手必不可少（也不必多），第一次建立连接，第二三次，双方互相确认连接。3次成功握手之后，双方才算成功的建立信息连接。
在讲解3次握手原理之前，首先得了解TCP进行数据传输时发送的头结构。
TCP在每次发送信息时，就是这样的一个头结构文件。其中包含：
TCP源端口(自己的端口号)，和TCP目的端口(要发送到哪个端口)；
TCP序列号，TCP应答号；
数据偏移量(指示何处数据开始)；
保留位 (为将来新的用途所保留)；
标志位（URG 紧急标志，ACK 有意义的应答标志，PSH 推，RET 重置连接标志，SYN同步序列标志，FIN 完成发送数据标志）；
窗口 用来表示想收到的每个TCP数据段的大小；
校验和 (加密机制)；
紧急指针 指向后面是优先数据的字节，在URG标志设置了时才有效；
最值得注意的是，SYN 与 ACK，这是3次握手的关键！
第一次握手:确认目的设备存在于网络上；
建立连接时，客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认;
第二次握手:确认目的设备有活动的服务，并且正在源客户端要使用的目的端口号上接受请求；
服务器收到SYN包，必须确认客户的SYN(ack=j+1)，同时自己也发送一个SYN包(syn=k)，即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态;
第三次握手:通知目的设备源客户端想要在该端口号上建立通信会话；
客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器ESTABLISHED(TCP连接成功)状态，完成三次握手。
过程如图所示：
总结：首先Client端发送连接请求报文，Server段接受连接后回复ACK报文，并为这次连接分配资源。Client端接收到ACK报文后也向Server段发生ACK报文，并分配资源，这样TCP连接就建立了。
三次握手实现如下图：
3次握手信息从中间开始：
9点48分 本机 7070端口发送消息给5050端口想要建立连接。序列号为 seq：1443350267
9点48分 5050端口给7070，发送消息，同意建立连接。注意发送给了143350268，是上一个序列号加1，原因请看上边分析。
9点48分 7070端口回复消息给5050，确定连接建立。3次握手完成。
—————————————————————————————————————————————
说完TCP建立连接的3次握手过程，就不得不说TCP断开连接的4次挥手过程。
4次挥手简单来说：
A给B说，我要跟你断开连接（1次），B回复A，同意，你断开吧(2次)——A到B的连接断开
B给A说，我也要和你断开连接（3次），A回复B，同意，你也断开吧（4次）——B到A的连接断开
有人可能会问A到B都断开了，A后来怎么给B回的消息，应答断开并不是真正的断开，这个下面解释。
过程如图所示：
Client端发起中断连接请求，也就是发送FIN报文。Server端接到FIN报文后，意思是说”我Client端没有数据要发给你了”，但是如果你还有数据没有发送完成，则不必急着关闭Socket，可以继续发送数据。所以你先发送ACK，”告诉Client端，你的请求我收到了，但是我还没准备好，请继续你等我的消息”。这个时候Client端就进入FIN_WAIT状态，继续等待Server端的FIN报文。
当Server端确定数据已发送完成，则向Client端发送FIN报文，”告诉Client端，好了，我这边数据发完了，准备好关闭连接了”。Client端收到FIN报文后，”就知道可以关闭连接了，但是他还是不相信网络，怕Server端不知道要关闭，所以发送ACK后进入TIME_WAIT状态，如果Server端没有收到ACK则可以重传。
“Server端收到ACK后，”就知道可以断开连接了”。Client端等待了2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，我Client端也可以关闭连接了。Ok，TCP连接就这样关闭了！
（等2MSL时间的原因：因为网络原因，主动关闭的一方发送的这个ACK包很可能延迟，从而触发被动连接一方重传FIN包。极端情况下，这一去一回，就是两倍的MSL时长。）
问题：为什么TCP建立连接需要3次，而断开连接需要4次？
因为当Server端收到Client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Server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Client端，”你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server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4次挥手！
为什么是3次握手呢？我先来举一个现实中的例子。我给你打电话时，当拨号过去时，相当于我发送了第一次握手，表示我想和你通话。当你提起电话，“喂？”，这是你发送的第二次握手，发送消息给我，表示愿意与我通话，并且你信号正常。我这边再次“喂”，这是我发出的第三次握手，表示我收到了你的确定通话的消息，并且我这边信号也正常。 到此时，连接建立成功，开始聊天。
这三次握手必不可少（也不必多），第一次建立连接，第二三次，双方互相确认连接。3次成功握手之后，双方才算成功的建立信息连接。
在讲解3次握手原理之前，首先得了解TCP进行数据传输时发送的头结构。
TCP在每次发送信息时，就是这样的一个头结构文件。其中包含：
TCP源端口(自己的端口号)，和TCP目的端口(要发送到哪个端口)；
TCP序列号，TCP应答号；
数据偏移量(指示何处数据开始)；
保留位 (为将来新的用途所保留)；
标志位（URG 紧急标志，ACK 有意义的应答标志，PSH 推，RET 重置连接标志，SYN同步序列标志，FIN 完成发送数据标志）；
窗口 用来表示想收到的每个TCP数据段的大小；
校验和 (加密机制)；
紧急指针 指向后面是优先数据的字节，在URG标志设置了时才有效；
最值得注意的是，SYN 与 ACK，这是3次握手的关键！
第一次握手:确认目的设备存在于网络上；
建立连接时，客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认;
第二次握手:确认目的设备有活动的服务，并且正在源客户端要使用的目的端口号上接受请求；
服务器收到SYN包，必须确认客户的SYN(ack=j+1)，同时自己也发送一个SYN包(syn=k)，即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态;
第三次握手:通知目的设备源客户端想要在该端口号上建立通信会话；
客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器ESTABLISHED(TCP连接成功)状态，完成三次握手。
过程如图所示：
总结：首先Client端发送连接请求报文，Server段接受连接后回复ACK报文，并为这次连接分配资源。Client端接收到ACK报文后也向Server段发生ACK报文，并分配资源，这样TCP连接就建立了。
三次握手实现如下图：
3次握手信息从中间开始：
9点48分 本机 7070端口发送消息给5050端口想要建立连接。序列号为 seq：1443350267
9点48分 5050端口给7070，发送消息，同意建立连接。注意发送给了143350268，是上一个序列号加1，原因请看上边分析。
9点48分 7070端口回复消息给5050，确定连接建立。3次握手完成。
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说完TCP建立连接的3次握手过程，就不得不说TCP断开连接的4次挥手过程。
4次挥手简单来说：
A给B说，我要跟你断开连接（1次），B回复A，同意，你断开吧(2次)——A到B的连接断开
B给A说，我也要和你断开连接（3次），A回复B，同意，你也断开吧（4次）——B到A的连接断开
有人可能会问A到B都断开了，A后来怎么给B回的消息，应答断开并不是真正的断开，这个下面解释。
过程如图所示：
Client端发起中断连接请求，也就是发送FIN报文。Server端接到FIN报文后，意思是说”我Client端没有数据要发给你了”，但是如果你还有数据没有发送完成，则不必急着关闭Socket，可以继续发送数据。所以你先发送ACK，”告诉Client端，你的请求我收到了，但是我还没准备好，请继续你等我的消息”。这个时候Client端就进入FIN_WAIT状态，继续等待Server端的FIN报文。
当Server端确定数据已发送完成，则向Client端发送FIN报文，”告诉Client端，好了，我这边数据发完了，准备好关闭连接了”。Client端收到FIN报文后，”就知道可以关闭连接了，但是他还是不相信网络，怕Server端不知道要关闭，所以发送ACK后进入TIME_WAIT状态，如果Server端没有收到ACK则可以重传。
“Server端收到ACK后，”就知道可以断开连接了”。Client端等待了2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，我Client端也可以关闭连接了。Ok，TCP连接就这样关闭了！
（等2MSL时间的原因：因为网络原因，主动关闭的一方发送的这个ACK包很可能延迟，从而触发被动连接一方重传FIN包。极端情况下，这一去一回，就是两倍的MSL时长。）
问题：为什么TCP建立连接需要3次，而断开连接需要4次？
因为当Server端收到Client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Server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Client端，”你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server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4次挥手！
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