TCP建立连接为什么需要三次握手和结束连接为什么需要四次挥手

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TCP概述

TCP是运输层的传输控制协议。
TCP提供了一种面向连接的(connection-oriented)、可靠的字节流服务
面向连接是指：使用TCP的两个应用程序必须在它们可交换数据之前，通过相互联系建立一个TCP连接。
TCP提供了全双工通信。TCP允许通信双方在任何时候都能发送数据。TCP连接的两端
都设置有发送缓存和接收缓存，用来临时存放通信双方的数据。

TCP报文段的首部
TCP头部，标准长度为20字节，以32位为单位

• 源端口和目的端口

  每个TCP头部包含了源端口和目的端口，这和IP头部中的源IP和目的IP一起，
  唯一的标识了每个连接。
  一个IP和端口的组合成为一个套接字(Socket)
  每个TCP连接由一对套接字(客户端的IP和端口以及服务器的IP和端口)唯一的标识

• 序列号(Sequence number)

  占4个字节 [0,(2^32)-1] ,序列号增加到(2^32)-1后，下一个序号又回到0。
  序列号标识了TCP发送端到接收端数据流的一个字节。
  一个TCP连接传送的字节流中每一个字节都按顺序编号。
  首部中的序列号指的是本报文所发送数据的第一个字节的序列号。
  例如：一报文段的序列号为301，携带的数据有100字节，这就表明该报文段数据
  的第一个字节为301，最后一个字节的序列号为401。

• 确认号

  ACK中的确认号就是发送这个ACK的一端所期待的下一个序列号。
  即最后被成功接收字节对应的序列号+1.
  B正确的收到A发过来的报文段，其序列号为501，而数据大小为200字节。这个
  报文段的序列号为(501-700),这表明B收到了A发送的序列号到700为止的数据。
  所以B期望下一个报文段的序列号为701.于是B在发送给A的确认报文段中
  将确认号置为701.

• 窗口

  通知接收方，发送的报文需要多大的空间来接收

  TCP连接的建立(三次握手)
  

  1、客户端发送一个SYN报文段,并指明自己想要连接服务器IP和端口号
  以及要发送数据的初始化序列号
  2、服务器确认(ACK)客户端发送的SYN,同时自己也要发送SYN报文段和服务器
  要发送数据的初始化序列号。ACK的值为其包含的初始化序列号值加1
  3、客户端确认服务器的SYN。将服务器的初始化序列号加1返回

  为什么是三次握手？A为什么最后还要发送一次确认？

  为了防止已经失效的连接请求报文段又突然传到服务端，因而产生错误。
  A发送的一个连接请求在网络结点的时间滞留，以至于延误到连接释放的某个
  时间才到达B。B收到这个请求的报文段后，误以为A又发出了一次新的请求连接，
  于是向A发送确认报文段，同一建立连接。但是由于A并没有发出新的请求连接，
  所以A不会理睬B的确认也不会向B发送数据。但B却认为连接已经建立，一直
  等待A发来数据。B的资源就白白浪费了。

  如果采用三次握手，B收到失效的报文段后向A发送确认，但是A并没有要求建立连接，就不会向B发送确认，这时候B也就知道请求没有建立。本质原因是信道是不可靠的。
  TCP的连接释放，四次挥手
  

  1，A发送一个FIN，代表数据发送完毕，其序列号为u，它等于前面已传送数据
  最后一个字节的序列号+1
  2，B收到A的释放报文段后发出确认，确认号ACK=u+1,确认报文段的序列号为v。
  A到B这个方向上的连接就释放了。
  3，B发送释放报文段FIN，B还需要重复上次发送的ACK，B放的报文段序列号为w,
  等待A的确认。
  4，A在收到B的释放报文段后，需要确认。确认号为w+1

  为什么是四次挥手？

  为什么不是三次或者五次？
  因为TCP的通信是全双工通信。
  要实现可靠的连接关闭，A发送结束报文FIN，收到B的确认后。A知道自己没有
  数据要发送，B知道A不再发送数据。但是B还可以发送数据，A还可以接收数据。
  只有当B发送结束报文FIN，收到A的确认后，才算是真正的断开连接。

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