TCP中三次握手建立和四次握手释放以及相关问题

本文基于个人所学和网上博文所整理，若有不妥处，欢迎留言指出

TCP连接过程中标志位的意义：

字符缩写	描述
SYN	同步序号，表示此报文是一个连接请求或连接接受报文
ACK	确认位，对接收到的报文的确认
FIN	终止位，表示发送方完成数据发送，用来释放一个连接
RST	复位连接，表示TCP连接中出现严重错误
PSH	推送位，尽可能快递将数据送往接受进程

一、三次握手建立

1、三次握手建立连接详解

TCP建立连接要进行“三次握手”，即交换三个分组。大致流程如下：

（1）客户端向服务器发送一个SYN J，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；；

（2）服务器向客户端响应一个SYN K，并对SYN J进行确认ACK J+1，此时服务器 进入SYN_RECV状态；

（3）客户端再想服务器发一个确认ACK K+1，客户端和服务器进入 ESTABLISHED状态，完成三次握手。。

三次握手发生在socket的那几个函数：

从图中可以看出，当客户端调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送了SYN J包，这时connect进入阻塞状态；服务器监听到连接请求，即收到SYN J包，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态；客户端收到服务器的SYN K ，ACK J+1之后，这时connect返回，并对SYN K进行确认；服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立。

总结：客户的的connect在第三次握手的第二次返回，二服务器的accept在三次握手的第三次返回。

2、若是出现丢包的情况，会如何？（来自：TCP 为什么是三次握手，为什么不是两次或四次？车小胖的回答）（A对应客户端，B对应服务器）

（1）第一个包，即A发给B的SYN 中途被丢，没有到达B

A会周期性超时重传，直到收到B的确认；

（2）第二个包，即B发给A的SYN +ACK 中途被丢，没有到达A

B会周期性超时重传，直到收到A的确认；

（3）第三个包，即A发给B的ACK中途丢失，没有到达B

A发完ACK，单方面认为TCP为Established状态，而B显然认为TCP为Active状态：

• 假定此时双方都没有数据发送，B会周期性超时重传，直到收到A的确认，收到之后B的TCP 连接也为 Established状态，双向可以发包。
• 假定此时A有数据发送，B收到A的 Data + ACK，自然会切换为established 状态，并接受A的 Data。
• 假定B有数据发送，数据发送不了，会一直周期性超时重传SYN + ACK，直到收到A的确认才可以发送数据。

3、TCP 为什么是三次握手，为什么不是两次或四次？

三次握手的目的是什么？以下引用知乎作者郭无心的回答：

在谢希仁著《计算机网络》第四版中讲“三次握手”的目的是“为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误”。已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下：client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段，同意建立连接。假设不采用“三次握手”，那么只要server发出确认，新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬server的确认，也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待client发来数据。这样，server的很多资源就白白浪费掉了。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况，client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认，就知道client并没有要求建立连接。”

另外，三次握手的最主要目的是保证连接是双工的，可靠更多的是通过重传机制来保证的。我们可以通过打招呼的例子来说明。

二、四次挥手释放

1、四次挥手释放过程详解

由于TCP连接时全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了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，上图描述的即是如此。 
（1）第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。 
（2）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。 
（3）第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。 
（4）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。

这里引用whuslei的博文TCP协议中的三次握手和四次挥手(图解)中更为生动的解释：

假设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！

2、为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次挥手？
答：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。故需要四步握手。

3、为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？

答：主要是防止最后一个ACK丢失！！！虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。另外在等待2MLS的时间中，五元组（源、目IP和端口号以及协议号）都不能用，是为了防止网络中迟来数据。

Ref：

http://www.cnblogs.com/huhuuu/p/3572485.html

http://blog.csdn.net/whuslei/article/details/6667471

http://www.cr173.com/exam/Cisco_17954_1.html

http://www.8btc.com/baizhantingjiangjun（将军问题）