TCP-三次握手和四次挥手简单理解

背景：TCP，即传输控制协议，是一种面向连接的可靠的，基于字节流的传输层协议。作用是在不可靠的互联网络上提供一个可靠的端到端的字节流服务，为了准确无误的将数据送达目的地，TCP协议采纳三次握手策略。

一、TCP报文

TCP报文格式图：

上图中的几个字段需要重点介绍下：

字段	介绍
序列号seq	占4个字节，用来标记数据段的顺序，TCP把连接中发送的所有数据字节都编上一个序列号，第一个序列号由本地随机产生；给字节编上序号后，就给每一个报文指派一个序号；序列号seq就是这个报文段中的第一个字节的数据编号。
确认号ack	占4个字节，期待收到对方下一个报文段段的一个数据字节的序号；序列号表示报文段携带数据段第一个字节的编号；而确认号指的是期望接受到下一个字节的编号；因此当前报文段最后一个字节的编号+1即为确认号。
确认ACK	占1位，仅当ACK=1时，确认号字段才有效。ACK=0时，确认号无效。
同步SYN	连接建立时用于同步序号。当SYN=1，ACK=0时表示：这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示这是一个连接请求，或连接接受报文。SYN这个标准位只有在TCP建成连接时才会被置1，握手完成后SYN标志位被置0。
终止FIN	用来释放一个连接。FIN=1表示：此报文段段发送方的数据已经发送完毕，并要求释放运输连接。

PS：ACK、SYN和FIN这些大写的单词表示标志位，其值要么是1，要么是0；ack、seq小写的单词表示序号。

标志位：

字段	含义
URG	紧急指针是否有效。为1时，表示某一位需要被优先处理。
ACK	确认号是否有效，一般置为1。
PSH	接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
RST	重置连接。
SYN	发起一个新连接。
FIN	释放一个连接。

注意：不要将确认序号ack与标志位中的ACK搞混了。

二、三次握手(Three-Way Handshake)

原理：

第一次握手：建立连接是，客户端发送syn包（syn=x）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列号。

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态。

第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK（ack=y+1）,此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手。

为什么要三次握手？

三次握手的最主要目的是「双方确认自己与对方的发送与接收是正常的」。

第一次握手：Client什么都不能确认；Server确认了对方发送正常。

第二次握手：Client确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常；Server确认了：自己接受正常，对方发送正常。

第三次握手：Client确认了：自己发送、接受正常，对方发送，接受正常；Server确认了：自己发送了、接受正常，对方发送、接受正常。

所以三次握手就能确认双方收发功能是否正常。

通俗的说法：

Client：喂！听的到吗？

Server：可以，我听的到。

Client：好的，我们都能互相听的对方的话，可以开始通信了。

三次握手为什么不用两次，或者四次？

因为只有三次才最合适，三次通信是最小值，两次通信无法确认双方收发功能的正常，而四次通信则显得有些冗余。

三、四次挥手(Four-Way Wavehand)

意义：

所谓四次挥手，即终止TCP连接，就是指断开一个TCP连接时，需要客户端和服务的总共发送4个包以确认连接到断开。在socket编程中，这一过程由客户端或服务的任意一方执行close来触发，流程如下图所示：

由于TCP连接时是全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是主动方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止主动方发送数据的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动来，即不会再收到主动方的数据，但是在这个TCP连接上被动方仍然能够发送数据，直到被动方也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭。

原理：

第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭CIient到Server的数据传输，Client进入FIN_WAIT_1状态。

第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到，序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态。

第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传输，Server进入LAST_ACK状态。

第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到，序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。

通俗的说法：

Client：我已经说完了。

Server：我收到了，等等我，我还没说完。

Server：好了，我也说完了。

Client：好的，那我们通信结束。

上面是一方主动关闭，另一方被动关闭的情况，实际中还会出现同时发起关闭的情况，如下图所示：

为什么建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？

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。而关闭连接是，当收到对方的FIN报文是，仅仅表示对方不再发送数据了，但是还能接收数据，已方也未必全部数据都发送给对方了，所以已方可以立即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，因此，已方ACK和FIN一般都会分开发送。