第13章 TCP编程（2）_TCP的连接和关闭过程

4. TCP的连接和关闭过程

4.1 TCP连接的三次握手和四次挥手

（1）三次握手

　　①第1次握手：建立连接。客户端发送连接请求报文段（SYN=1,sequence Number=x）；然后客户端进入SYN_SEND状态，等待服务器确认。

　　②第2次握手：服务器收到SYN报文段，然后对SYN报文段进行确认，并设置（Acknowlegement Number为x+1）。同时，自己还要发送SYN请求信息。上述信息放到一个报文段（SYN+ACK）中，一并发送给客户端，此时服务器进入SYN_RECV状态。

　　③第3次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。然后将ACK设置为y+1，向服务器发送ACK报文，这个报文段发送完以后，客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态，完成TCP的三次握手。

（2）四次挥手

　　①第1次挥手：客户端（也可以是服务端）设置seq和ACK，向服务器发送一个FIN报文段。此时，客户端进入FIN_WAIT_1状态，表示客户端没有数据要发送给服务器了。

　　②第2次挥手：服务器收到客户端发送的FIN报文段，向客户端回一个ACK报文，客户端收到后进入FIN_WAIT_2状态；表示服务端收到客户端的关闭请求，但服务端可能还有数据没发完，让客户端继续等服务端的通知。

　　③第3次挥手：服务器向客户端发送FIN报文，表示服务端数据己发送完毕，可以关闭连接。同时服务器进入LAST_ACK状态。

　　④第4次挥手：客户端收到服务器发送的FIN报文，向服务器发送ACK报文，然后客户端进入TIME_WAIT状态。服务器收到客户端的ACK报文段后，就关闭连接。此时，客户端等待2MSL后就关闭连接了。

4.2 为什么要三次握手

（1）可防止己失效的连接请求报文突然又传递到服务端

　　①假设Client发出第1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滞留，以致延误到以后的某个时间才到达Server。但这时客户端己经因超时重发一个连接请求报文段给Server，并正常建立了连接。

　　②如果采用两次握手，那么当这个延迟的连接请求到达时，服务端只需发送一个确认，新的连接就会在服务端建立起来。但客户端收到这个确认，它会认为自己并没有发出请求（因为该请求己失效！），因此就不会理会服务端的确认，也不会向服务端发送数据，而服务端则认为新的连接己经建立了，就一直等待客户端发送数据，直到超出保活计时器设置值才判断客户端出了问题，这样无形中就会浪费服务器的资源。

　　③而如果采用3次握手，服务端收到延迟的连接请求（第1次握手）并向客户端发送确认，但客户端收到这个确认时（第2次握手），同样并不会理会它，因此也就不会与服务端进行第3次握手。由于采用三次握手机制，这时服务端因没握过第3次手，所以并不会建立连接。这样就可以解决失效请求突然到达的问题。

（2）可靠性的理解

　　①世界上不存在完全可靠的通信协议。当A发送一个请求给B时，为了保证可靠性，B需要给A发一个己收到请求的确认包，但B的这个确认包是否到达A，需要A发送一个确认的确认给B，而这个确认B是否收到，仍需要B发给A一个确认，如此无休止去确认下去…。因此，从理论上无法做到完全的可靠，一般只需3次握手即可保证有较高的可靠性。

　　②“三次握手”是点对点通信的一般规则，但即使三次握手成功，也只能说明之前的通信条件和环境，而不能决定和预测之后的通信环境。根据经验，两个端点通信失败，最大的可能性是端点本身的故障，而三次握手成功排除了这种可能（见后面4.4中对讲机的例子）。以后的情况很难预测。通信协议只能做到尽可能的可靠，而不能做到理论上的完全可靠。

　　③由于TCP是面向连接的，无论哪一方向另一方发送数据，都必须在双方之间建立一个可靠的连接。

4.3 为什么需要4次挥手

（1）发起中断连接可以是客户端也可以是服务端。假设这里由客户端发起。当发送FIN报文时，表示“我（Client）没有数据要发给你了”。但如果你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。

（2）服务端收到客户端的FIN报文后，先发送一个ACK，用于告诉客户端：“你的请求我收到了，但我还没准备好，请你继续等我的消息”。这时客户端进入FIN_WAIT_1状态，继续等待Server端的FIN报文。

（3）当服务端确定数据己发送完毕，则向Client端发送FIN报文，告诉Client端，好了，我（Server）这边的数据己发送完结了，准备好关闭连接了。

（4）客户端收到服务端的FIN报文后，就知道可以关闭连接了。但服务端并不知道客户端收到这个FIN报文没有，因此客户端要发送最后一个ACK报文，以便告知服务器己收到FIN，如果服务器收到这个ACK，就可以关闭连接。但现在客户端并不急着马上关闭连接，因为最后一个ACK可能丢失，所以客户端要等2MSL（2倍的最大报文生存时间）的时间，如果这期间没有收到服务器的信息，说明服务器己经关闭，否则需重发最后的那个ACK报文。

4.4 生活中的例子

（1）对讲机的三次握手

　　①C→S：“喂，你听得到吗？”（C ->SYN_SEND）

　　②S→C：“听到，你听得到我吗？”（应答与请求同时发出，S->SYN_RCVD | C ->ESTABLISHED。注意：第2次握手，能说明C的发和S的收都没问题）。

　　③C→S：“能听到，今天balabala……”（S->ESTABLISHED。注意：第3次握手能说明C的收和S的发也没问题。到此TCP的双工模式被证明能正常工作！）

（2）四次挥手

　　①C→S：“喂，我不说了。”（C→FIN_WAIT1）

　　②S→C：“我知道了。等下，上一句还没说完。Balabala…..”（S→CLOSE_WAIT && C→FIN_WAIT2）

　　③S→C：好了，说完了，我也不说了。”（S→LAST_ACK）

　　④C→S：我知道了。” S关闭连接，C等待S收到了消息（时长：2MSL），如果这段时间S无回应，说明S己关闭。否则重说一次”我知道了”给S端。（C→TIME_WAIT && S→CLOSED，最后C→CLOSED）