TCP三次握手与四次挥手 描述 TCP（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通信协议。为了建立一条可靠的连接，TCP使用了“三次握手”机制；为了终止连接，则使用了“四次挥手”机制。这是网络编程和互联网基础中至关重要的核心知识点。 解题过程/知识点讲解 我们将分两步来理解这个过程：首先是三次握手建立连接，然后是四次挥手终止连接。 第一步：理解TCP三次握手（连接建立） 三次握手的目标是通信双方确认彼此的发送和接收能力正常，并同步初始序列号（Sequence Number, SYN）。 第一次握手（SYN） ： 发起方（客户端） 想要与服务器建立连接。 动作 ：客户端发送一个TCP数据包。这个数据包的特点是： 其首部的 SYN（同步）标志位被设置为1 （即 SYN=1）。 它会随机选择一个 初始序列号（seq = x） 。序列号是保证数据按顺序传输的关键。 状态变化 ：发送后，客户端进入 SYN-SENT （同步已发送）状态。 含义 ：这个包像是在说：“你好服务器，我想和你建立连接。我的初始序列号是x，你听到了吗？” 第二次握手（SYN-ACK） ： 接收方（服务器） 收到了客户端的SYN包。 动作 ：服务器如果同意建立连接，会回复一个数据包。这个数据包的特点是： 首部 SYN标志位和ACK（确认）标志位都设置为1 （即 SYN=1, ACK=1）。 它也会随机生成自己的 初始序列号（seq = y） 。 同时，它会对收到的客户端序列号进行确认，其 确认号（Acknowledgment Number, ack）字段设置为 x + 1 （即 ack = x + 1）。 ack = x + 1 的意思是：“我确实收到了你发来的序列号为x的包，我期望你下一次从序列号x+1开始发送数据。” 状态变化 ：发送后，服务器进入 SYN-RCVD （同步已收到）状态。 含义 ：这个包像是在说：“我听到了你的请求（ack=x+1），我同意建立连接。我的初始序列号是y，你听到了吗？” 第三次握手（ACK） ： 发起方（客户端） 收到了服务器的SYN-ACK包。 动作 ：客户端需要再次发送一个确认包。这个数据包的特点是： 首部 ACK标志位设置为1 （即 ACK=1）。 其 序列号 seq = x + 1 （因为第一次握手的SYN包消耗了一个序列号）。 其 确认号 ack = y + 1 ，表示确认收到了服务器的SYN包。 状态变化 ：发送后，客户端进入 ESTABLISHED （连接已建立）状态。服务器收到这个ACK包后，也进入 ESTABLISHED 状态。 含义 ：这个包像是在说：“我也听到你的回复了，连接建立成功！” 为什么是三次，而不是两次？ 关键在于防止“已失效的连接请求报文”突然传到服务器，导致服务器错误地打开连接。 场景 ：客户端发送了一个连接请求（第一个SYN），但这个包在网络中滞留了。客户端超时未收到回复，于是重发了一个SYN并成功建立连接、传输数据、关闭连接。此时，那个滞留在网络中的第一个SYN包终于到达了服务器。 如果是两次握手 ：服务器收到这个失效的SYN，会误以为客户端又发起了新连接，于是回复SYN-ACK（第二次握手）并直接进入 ESTABLISHED 状态，开始等待客户端发送数据，从而白白浪费了服务器资源。 如果是三次握手 ：服务器回复SYN-ACK后，客户端会识别出这是一个失效的请求（因为它没有主动发起新连接），因此不会发送第三次的ACK确认。服务器由于收不到ACK，就不会建立连接，从而避免了资源浪费。 第二步：理解TCP四次挥手（连接终止） 四次挥手的目标是双方都确认要关闭连接。由于TCP连接是全双工的（数据可以双向流动），每个方向必须单独关闭。 第一次挥手（FIN） ： 主动关闭方（假设是客户端） 的数据已发送完毕，请求关闭连接。 动作 ：客户端发送一个数据包，其首部 FIN（结束）标志位设置为1 （FIN=1）。 状态变化 ：发送后，客户端进入 FIN-WAIT-1 （终止等待1）状态。 含义 ：客户端对服务器说：“我这边没有数据要发送了，我想关闭我从你那里的数据通道（客户端到服务器的方向）。” 第二次挥手（ACK） ： 被动关闭方（服务器） 收到了客户端的FIN包。 动作 ：服务器发送一个确认包（ACK=1），其确认号 ack 为客户端序列号加1。 状态变化 ：发送后，服务器进入 CLOSE-WAIT （关闭等待）状态。 含义 ：服务器对客户端说：“哦，我知道你要关闭了。” 此时，TCP处于 半关闭状态 ，即客户端到服务器的通道已关闭，客户端不能再发送数据，但服务器到客户端的通道仍然开放，服务器可能还有数据要发送给客户端。 客户端状态变化 ：客户端收到这个ACK后，从 FIN-WAIT-1 进入 FIN-WAIT-2 （终止等待2）状态，等待服务器发送FIN包。 第三次挥手（FIN） ： 被动关闭方（服务器） 将剩余数据发送完毕后，也准备关闭连接。 动作 ：服务器发送一个数据包，其首部 FIN标志位设置为1 （FIN=1）。 状态变化 ：发送后，服务器进入 LAST-ACK （最后确认）状态。 含义 ：服务器对客户端说：“我这边数据也发完了，我也要关闭了（服务器到客户端的通道）。” 第四次挥手（ACK） ： 主动关闭方（客户端） 收到了服务器的FIN包。 动作 ：客户端发送一个确认包（ACK=1），其确认号 ack 为服务器序列号加1。 状态变化 ：发送后，客户端进入 TIME-WAIT （时间等待）状态。请注意，此时连接并未立即释放。客户端需要等待 2MSL （Maximum Segment Lifetime，最大报文段生存时间，通常为1-2分钟）的时间后，才进入 CLOSED 状态。 服务器状态变化 ：服务器收到这个ACK后，立即进入 CLOSED 状态。 为什么客户端需要TIME-WAIT状态？等待2MSL是为了什么？ 主要有两个原因： 可靠地终止连接 ：确保客户端发送的最后一个ACK能到达服务器。如果这个ACK在网络中丢失，服务器在 LAST-ACK 状态下会因为超时而重传它的FIN包。客户端在 TIME-WAIT 状态下收到重传的FIN后，会重发ACK并重新计时等待2MSL。 让旧连接的报文在网络中消逝 ：等待2MSL时间，足以让本次连接过程中产生的所有报文都在网络中“消逝”（超过最大生存时间被丢弃），这样再建立新连接时，就不会受到旧连接报文的干扰。 通过以上循序渐进的步骤，我们就完整地理解了TCP如何通过三次握手可靠地建立连接，以及通过四次挥手优雅地终止连接。