计算机网络基础之TCP的三次握手与四次挥手
前言
在计算机基础之网络协议这篇文章中，我们知道了在传输层存在TCP/UDP两种数据传输协议。UDP协议在传送数据前不需要先建立连接，远地的主机在收到UDP报文后也不需要给出任何确认。而TCP协议提供面向连接的服务，在传送数据之前必须先建立连接，数据传送完成后要释放连接。那双方怎样建立连接？怎样释放连接？这里我们就需要了解TCP的三次握手与四次挥手了。具体内容如下：
一 TCP报文
报文格式如下：
各参数详细如下：
源端口和目的端口：各占2个字节，分别写入源端口和目的端口
序号：seq序号，占4个字节，发送方告知接收方该网络包发送的数据相当于所有发送数据的第几个字节（发送数据的顺序编号）
确认号：ack序号，占4个字节，接收方告知发送方接收方已经收到了所有数据的第几个字节。ack是acknowledge的缩写。只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，ack=seq+1
数据偏移：占4位，表示数据部分的起始位置，也可以认为表示头部的长度
保留：占6位，保留今后使用，但目前应都位0
紧急URG：当URG=1，表明紧急指针字段有效。告诉系统此报文段中有紧急数据
确认ACK：仅当ACK=1时，确认号字段才有效。TCP规定，在连接建立后所有报文的传输都必须把ACK置1
推送PSH：当两个应用进程进行交互式通信时，有时在一端的应用进程希望在键入一个命令后立即就能收到对方的响应，这时候就将PSH=1
复位RST：当RST=1，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，然后再重新建立连接；
同步SYN：在连接建立时用来同步序号。当SYN=1，ACK=0，表明是连接请求报文，若同意连接，则响应报文中应该使SYN=1，ACK=1
终止FIN：用来释放连接。当FIN=1，表明此报文的发送方的数据已经发送完毕，并且要求释放
窗口：占2字节，接收方告知发送方窗口大小（即无需等待确认可一起发送到的数据量）
检验和：占2字节，用来检查是否出现错误
紧急指针：占2字节，表示应紧急处理的数据位置
选项：长度可变，定义一些其他的可选的参数
需要注意的是：
- 不要将确认号ack与标志位中的ACK混淆
- 确认方ack=发起方seq+1，两端配对
二 三次握手
三次握手（Three-Way Handshake）就是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。在socket编程中，这一过程由客户端执行connect来触发，整个流程如下图所示：
还未进行连接操作之前，服务端和和服务器都是处于CLOSED状态。TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了LISTEN（监听）状态； TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文。主动打开连接的为客户端，被动打开连接的是服务器。
详细执行过程如下：
第一次握手：
Client将标志位SYN置为1，同时选择一个初始序列号 seq=x ，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT（同步已发送状态）状态，等待Server确认。TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。
第二次握手：
Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=x+1，同时也为自己初始化一个序列号 seq=y，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD（同步收到）状态。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。
第三次握手：
Client收到确认后，检查ack是否为x+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=y+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为y+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED（已建立连接）状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。
为什么TCP客户端最后还要发送一次确认呢？
主要防止已经失效的连接请求报文突然又传送到了服务端，从而产生错误。
如果使用的是两次握手建立连接，假设有这样一种场景，客户端发送了第一个请求连接并且没有丢失，只是因为在网络结点中滞留的时间太长了，由于TCP的客户端迟迟没有收到确认报文，它会以为服务器没有收到，此时重新向服务器发送这条报文，此后客户端和服务器经过两次握手完成连接，传输数据，然后关闭连接。此前滞留的那一次请求连接，网络通畅了到达了服务器，这个报文本该是失效的，但是，两次握手的机制将会让客户端和服务器再次建立连接，这将导致不必要的错误和资源的浪费。如果采用的是三次握手，就算是那一次失效的报文传送过来了，服务端接受到了那条失效报文并且回复了确认报文，但是客户端不会再次发出确认。由于服务器收不到确认，就知道客户端并没有请求连接。
SYN攻击：
在三次握手过程中，Server发送SYN-ACK之后，收到Client的ACK之前的TCP连接称为半连接（half-open connect），此时Server处于SYN_RCVD状态，当收到ACK后，Server转入ESTABLISHED状态。SYN攻击就是Client在短时间内伪造大量不存在的IP地址，并向Server不断地发送SYN包，Server回复确认包，并等待Client的确认，由于源地址是不存在的，因此，Server需要不断重发直至超时，这些伪造的SYN包将产时间占用未连接队列，导致正常的SYN请求因为队列满而被丢弃，从而引起网络堵塞甚至系统瘫痪。SYN攻击时一种典型的DDOS攻击，检测SYN攻击的方式非常简单，即当Server上有大量半连接状态且源IP地址是随机的，则可以断定遭到SYN攻击了，使用如下命令可以让之现行：
netstat -nap | grep SYN_RECV
三 四次挥手
四次挥手（Four-Way Wavehand）即终止TCP连接，就是指断开一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。在socket编程中，这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发，整个流程如下图所示：
数据传输完毕后，双方都可释放连接。未执行连接断开时，服务端和客户端都是处于ESTABLISHED（已建立连接）状态。这里我们以客户端主动关闭，服务器被动关闭为例进行说明。
详细执行过程如下：
第一次挥手：
客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
第二次挥手：
服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间
客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）
第三次挥手：
服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认
第四次挥手：
客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意：此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。
为什么客户端最后还要等待2MSL？
MSL（Maximum Segment Lifetime）：报文最大生存时间，TCP允许不同的实现可以设置不同的MSL值。
- 保证客户端发送的最后一个ACK报文能够到达服务器，因为这个ACK报文可能丢失，站在服务器的角度看来，我已经发送了FIN+ACK报文请求断开了，客户端还没有给我回应，应该是我发送的请求断开报文它没有收到，于是服务器又会重新发送一次，而客户端就能在这个2MSL时间段内收到这个重传的报文，接着给出回应报文，并且会重启2MSL计时器。
- 防止类似与“三次握手”中提到了的“已经失效的连接请求报文段”出现在本连接中。客户端发送完最后一个确认报文后，在这个2MSL时间中，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样新的连接中不会出现旧连接的请求报文。
为什么建立连接是三次握手，关闭连接确是四次挥手呢？
建立连接的时候， 服务器在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。
而关闭连接时，服务器收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，而自己也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即关闭，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，己方ACK和FIN一般都会分开发送，从而导致多了一次。
如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？
TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75分钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。
浙公网安备 33010602011771号