计算机网络笔记--TCP三次握手与四次挥手过程状态分析

三次握手：

由于TCP协议提供可靠的连接服务，于是采用有保障的三次握手方式来创建一个TCP连接。三次握手的具体过程如下：

1.客户端发送一个带SYN标志的TCP报文（报文1）到服务器端，表示希望建立一个TCP连接。

2.服务器发送一个带ACK标志和SYN标志的TCP报文（报文2）给客户端，ACK用于对报文1的回应，SYN用于询问客户端是否准备好进行数据传输。

3.客户端发送一个带ACK标志的TCP报文（报文3），作为报文2的回应。

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。原则是主动关闭的一方（如已传输完所有数据等原因）发送一个FIN报文来表示终止这个方向的连接，收到一个FIN意味着这个方向不再有数据流动，但另一个方向仍能继续发送数据，直到另一个方向也发送FIN报文。四次挥手的具体过程如下：

1.客户端发送一个FIN报文给服务器，表示我将关闭客户端到服务器端这个方向的连接。

2.服务器收到此报文后，发送一个ACK报文给客户端。

3.服务器发送一个FIN报文给客户端，表示自己也将关闭服务器端到客户端这个方向的连接。

4.客户端收到此报文后，发回一个ACK报文给服务器。

三次握手与四次挥手过程状态如下图所示：



【TCP相关疑问】

最后整理几个常见的TCP相关的疑问：

Q1. 为什么在TCP协议里，建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？

A1. 因为当处于LISTEN 状态的服务器端SOCKET当收到SYN报文（客户端希望新建一个TCP连接）后，它可以把ACK（应答作用）和SYN（同步作用）放在同一个报文里来发送给客户端。但在关闭TCP连接时，当收到对方的FIN报文时，对方仅仅表示对方没有数据发送给你了，但未必你的所有数据都已经全部发送给了对方，所以你大可不必马上关闭SOCKET（发送一个FIN报文），等你发送完剩余的数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在关闭连接了，所以通常情况下，这里的ACK报文和FIN报文都是分开发送的。

Q2. 为什么TIME_WAIT 状态还需要等2*MSL秒之后才能返回到CLOSED 状态呢？

A2. 因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都发送完毕，按理可以直接回到CLOSED 状态（就好比从SYN_SENT 状态到ESTABLISH 状态那样），但是我们必须假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文一定会被对方收到，就是说对方处于LAST_ACK 状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME_WAIT 状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。

Q3. 关闭TCP连接一定需要4次挥手吗？

A3. 不一定，4次挥手关闭TCP连接是最安全的做法。但在有些时候，我们不喜欢TIME_WAIT 状态（如当MSL数值设置过大导致服务器端有太多TIME_WAIT状态的TCP连接，减少这些条目数可以更快地关闭连接，为新连接释放更多资源），这时我们可以通过设置SOCKET变量的SO_LINGER标志来避免SOCKET在close()之后进入TIME_WAIT状态，这时将通过发送RST强制终止TCP连接（取代正常的TCP四次握手的终止方式）。但这并不是一个很好的主意，TIME_WAIT 对于我们来说往往是有利的。