理论经典：TCP协议的3次握手与4次挥手过程详解
1、前言
尽管TCP和UDP都使用相同的网络层（IP），TCP却向应用层提供与UDP完全不同的服务。TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。
面向连接意味着两个使用TCP的应用（通常是一个客户和一个服务器）在彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接。这一过程与打电话很相似，先拨号振铃，等待对方摘机说“喂”，然后才说明是谁。
本文将分别讲解经典的TCP协议建立连接（所谓的“3次握手”）和断开连接（所谓的“4次挥手”）的过程。有关TCP协议的权威理论介绍，请参见《TCP/IP详解》这本书。（本文同步发布于：http://www.52im.net/thread-258-1-1.html）
2、学习交流
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- 移动端IM开发推荐文章：《新手入门一篇就够：从零开发移动端IM》
3、相关资料
《技术往事：改变世界的TCP/IP协议（珍贵多图、手机慎点）》
《TCP/IP详解 - 第17章·TCP：传输控制协议》
《TCP/IP详解 - 第18章·TCP连接的建立与终止》
《TCP/IP详解 - 第21章·TCP的超时与重传》
《通俗易懂-深入理解TCP协议（上）：理论基础》
《通俗易懂-深入理解TCP协议（下）：RTT、滑动窗口、拥塞处理》
《理论经典：TCP协议的3次握手与4次挥手过程详解》
《计算机网络通讯协议关系图（中文珍藏版）》
4、先来认识TCP报文格式
TCP/IP协议的详细信息参看《TCP/IP 协议详解》中有关TCP格式的章节（点此查看《TCP/IP详解 在线版》）。
下面是TCP报文格式图：
上图中有几个字段需要重点介绍下：
（1）序号：Seq序号，占32位，用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记。
（2）确认序号：Ack序号，占32位，只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，Ack=Seq+1。
（3）标志位：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具体含义如下：
（A）URG：紧急指针（urgent pointer）有效。
（B）ACK：确认序号有效。
（C）PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
（D）RST：重置连接。
（E）SYN：发起一个新连接。
（F）FIN：释放一个连接。
需要注意的是：
（A）不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。
（B）确认方Ack=发起方Req+1，两端配对。
5、3次握手过程详解
所谓三次握手（Three-Way Handshake）即建立TCP连接，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：
（1）第一次握手：
Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。
（2）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=J+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。
（3）第三次握手：
Client收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。
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：
1
#netstat -nap | grep SYN_RECV
6、4次挥手过程详解
三次握手耳熟能详，四次挥手估计就少有人知道了。所谓四次挥手（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：
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。
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。
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的数据传送，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。
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主动关闭的情况，具体流程如下图：
流程和状态在上图中已经很明了了，在此不再赘述，可以参考前面的四次挥手解析步骤。
结语
关于三次握手与四次挥手通常都会有典型的面试题，在此提出供有需求的XDJM们参考：
(1) 三次握手是什么或者流程？四次握手呢？答案前面分析就是。
(2) 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。而关闭连接时，当收到对方的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，己方也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即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，己方ACK和FIN一般都会分开发送。
（本文同步发布于：http://www.52im.net/thread-258-1-1.html）
附录：更多IM技术文章
[1] 网络编程基础资料：
《TCP/IP详解 卷1：协议（http://www.52im.net/topic-tcpipvol1.html）》：第11章·UDP：用户数据报协议（http://docs.52im.net/extend/docs/book/tcpip/vol1/11/）、第17章·TCP：传输控制协议（http://docs.52im.net/extend/docs/book/tcpip/vol1/17/）、第18章·TCP连接的建立与终止（http://docs.52im.net/extend/docs/book/tcpip/vol1/18/）、第21章·TCP的超时与重传（http://docs.52im.net/extend/docs/book/tcpip/vol1/21/）
《[通俗易懂]深入理解TCP协议（上）：理论基础》http://www.52im.net/thread-513-1-1.html
《[通俗易懂]深入理解TCP协议（下）：RTT、滑动窗口、拥塞处理》http://www.52im.net/thread-515-1-1.html
《理论经典：TCP协议的3次握手与4次挥手过程详解》http://www.52im.net/thread-258-1-1.html
《理论联系实际：Wireshark抓包分析TCP 3次握手、4次挥手过程》http://www.52im.net/thread-275-1-1.html
《计算机网络通讯协议关系图（中文珍藏版）》http://www.52im.net/thread-180-1-1.html
《NAT详解：基本原理、穿越技术(P2P打洞)、端口老化等》http://www.52im.net/thread-50-1-1.html
《UDP中一个包的大小最大能多大？》http://www.52im.net/thread-29-1-1.html
《Java新一代网络编程模型AIO原理及Linux系统AIO介绍》http://www.52im.net/thread-306-1-1.html
《NIO框架入门(三)：iOS与MINA2、Netty4的跨平台UDP双向通信实战》http://www.52im.net/thread-378-1-1.html
《NIO框架入门(四)：Android与MINA2、Netty4的跨平台UDP双向通信实战》http://www.52im.net/thread-388-1-1.html
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[2] 有关IM/推送的通信格式、协议的选择：
《为什么QQ用的是UDP协议而不是TCP协议？》http://www.52im.net/thread-279-1-1.html
《移动端即时通讯协议选择：UDP还是TCP？》http://www.52im.net/thread-33-1-1.html
《如何选择即时通讯应用的数据传输格式》http://www.52im.net/thread-276-1-1.html
《强列建议将Protobuf作为你的即时通讯应用数据传输格式》http://www.52im.net/thread-277-1-1.html
《移动端IM开发需要面对的技术问题（含通信协议选择）》http://www.52im.net/thread-133-1-1.html
《简述移动端IM开发的那些坑：架构设计、通信协议和客户端》http://www.52im.net/thread-289-1-1.html
《理论联系实际：一套典型的IM通信协议设计详解》http://www.52im.net/thread-283-1-1.html
《58到家实时消息系统的协议设计等技术实践分享》http://www.52im.net/thread-298-1-1.html
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[3] 有关IM/推送的心跳保活处理：
《Android进程保活详解：一篇文章解决你的所有疑问》http://www.52im.net/thread-438-1-1.html
《Android端消息推送总结：实现原理、心跳保活、遇到的问题等》http://www.52im.net/thread-341-1-1.html
《为何基于TCP协议的移动端IM仍然需要心跳保活机制？》http://www.52im.net/thread-281-1-1.html
《微信团队原创分享：Android版微信后台保活实战分享(进程保活篇)》http://www.52im.net/thread-210-1-1.html
《微信团队原创分享：Android版微信后台保活实战分享(网络保活篇)》http://www.52im.net/thread-209-1-1.html
《移动端IM实践：实现Android版微信的智能心跳机制》http://www.52im.net/thread-120-1-1.html
《移动端IM实践：WhatsApp、Line、微信的心跳策略分析》http://www.52im.net/thread-121-1-1.html
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[4] 有关WEB端即时通讯开发：
《新手入门贴：史上最全Web端即时通讯技术原理详解》http://www.52im.net/thread-338-1-1.html
《Web端即时通讯技术盘点：短轮询、Comet、Websocket、SSE》http://www.52im.net/thread-336-1-1.html
《SSE技术详解：一种全新的HTML5服务器推送事件技术》http://www.52im.net/thread-335-1-1.html
《Comet技术详解：基于HTTP长连接的Web端实时通信技术》http://www.52im.net/thread-334-1-1.html
《WebSocket详解（一）：初步认识WebSocket技术》http://www.52im.net/thread-331-1-1.html
《socket.io实现消息推送的一点实践及思路》http://www.52im.net/thread-188-1-1.html
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[5] 有关IM架构设计：
《浅谈IM系统的架构设计》http://www.52im.net/thread-307-1-1.html
《简述移动端IM开发的那些坑：架构设计、通信协议和客户端》http://www.52im.net/thread-289-1-1.html
《一套原创分布式即时通讯(IM)系统理论架构方案》http://www.52im.net/thread-151-1-1.html
《从零到卓越：京东客服即时通讯系统的技术架构演进历程》http://www.52im.net/thread-152-1-1.html
《蘑菇街即时通讯/IM服务器开发之架构选择》http://www.52im.net/thread-31-1-1.html
《腾讯QQ1.4亿在线用户的技术挑战和架构演进之路PPT》http://www.52im.net/thread-158-1-1.html
《微信技术总监谈架构：微信之道——大道至简(演讲全文)》http://www.52im.net/thread-200-1-1.html
《如何解读《微信技术总监谈架构：微信之道——大道至简》》http://www.52im.net/thread-201-1-1.html
《快速裂变：见证微信强大后台架构从0到1的演进历程（一）》http://www.52im.net/thread-168-1-1.html
《17年的实践：腾讯海量产品的技术方法论》http://www.52im.net/thread-159-1-1.html
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[6] 有关IM安全的文章：
《即时通讯安全篇（一）：正确地理解和使用Android端加密算法》http://www.52im.net/thread-216-1-1.html
《即时通讯安全篇（二）：探讨组合加密算法在IM中的应用》http://www.52im.net/thread-217-1-1.html
《即时通讯安全篇（三）：常用加解密算法与通讯安全讲解》http://www.52im.net/thread-219-1-1.html
《即时通讯安全篇（四）：实例分析Android中密钥硬编码的风险》http://www.52im.net/thread-312-1-1.html
《传输层安全协议SSL/TLS的Java平台实现简介和Demo演示》http://www.52im.net/thread-327-1-1.html
《理论联系实际：一套典型的IM通信协议设计详解（含安全层设计）》http://www.52im.net/thread-283-1-1.html
《微信新一代通信安全解决方案：基于TLS1.3的MMTLS详解》http://www.52im.net/thread-310-1-1.html
《来自阿里OpenIM：打造安全可靠即时通讯服务的技术实践分享》http://www.52im.net/thread-215-1-1.html
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[7] 有关实时音视频开发：
《即时通讯音视频开发（一）：视频编解码之理论概述》http://www.52im.net/thread-228-1-1.html
《即时通讯音视频开发（二）：视频编解码之数字视频介绍》http://www.52im.net/thread-229-1-1.html
《即时通讯音视频开发（三）：视频编解码之编码基础》http://www.52im.net/thread-232-1-1.html
《即时通讯音视频开发（四）：视频编解码之预测技术介绍》http://www.52im.net/thread-235-1-1.html
《即时通讯音视频开发（五）：认识主流视频编码技术H.264》http://www.52im.net/thread-237-1-1.html
《即时通讯音视频开发（六）：如何开始音频编解码技术的学习》http://www.52im.net/thread-241-1-1.html
《即时通讯音视频开发（七）：音频基础及编码原理入门》http://www.52im.net/thread-242-1-1.html
《即时通讯音视频开发（八）：常见的实时语音通讯编码标准》http://www.52im.net/thread-243-1-1.html
《即时通讯音视频开发（九）：实时语音通讯的回音及回音消除概述》http://www.52im.net/thread-247-1-1.html
《即时通讯音视频开发（十）：实时语音通讯的回音消除技术详解》http://www.52im.net/thread-250-1-1.html
《即时通讯音视频开发（十一）：实时语音通讯丢包补偿技术详解》http://www.52im.net/thread-251-1-1.html
《即时通讯音视频开发（十二）：多人实时音视频聊天架构探讨》http://www.52im.net/thread-253-1-1.html
《即时通讯音视频开发（十三）：实时视频编码H.264的特点与优势》http://www.52im.net/thread-266-1-1.html
《即时通讯音视频开发（十四）：实时音视频数据传输协议介绍》http://www.52im.net/thread-267-1-1.html
《即时通讯音视频开发（十五）：聊聊P2P与实时音视频的应用情况》http://www.52im.net/thread-269-1-1.html
《即时通讯音视频开发（十六）：移动端实时音视频开发的几个建议》http://www.52im.net/thread-270-1-1.html
《即时通讯音视频开发（十七）：视频编码H.264、V8的前世今生》http://www.52im.net/thread-274-1-1.html
《简述开源实时音视频技术WebRTC的优缺点》http://www.52im.net/thread-225-1-1.html
《良心分享：WebRTC 零基础开发者教程（中文）》http://www.52im.net/thread-265-1-1.html
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[8] IM开发综合文章：
《移动端IM开发需要面对的技术问题》http://www.52im.net/thread-133-1-1.html
《开发IM是自己设计协议用字节流好还是字符流好？》http://www.52im.net/thread-150-1-1.html
《请问有人知道语音留言聊天的主流实现方式吗？》http://www.52im.net/thread-175-1-1.html
《IM系统中如何保证消息的可靠投递（即QoS机制）》http://www.52im.net/thread-294-1-1.html
《谈谈移动端 IM 开发中登录请求的优化》http://www.52im.net/thread-282-1-1.html
《完全自已开发的IM该如何设计“失败重试”机制？》http://www.52im.net/thread-280-1-1.html
《微信对网络影响的技术试验及分析（论文全文）》http://www.52im.net/thread-195-1-1.html
《即时通讯系统的原理、技术和应用（技术论文）》http://www.52im.net/thread-218-1-1.html
《开源IM工程“蘑菇街TeamTalk”的现状：一场有始无终的开源秀》http://www.52im.net/thread-447-1-1.html
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[9] 开源移动端IM技术框架资料：
《即时通讯技术MobileIMSDK：快速入门》http://www.52im.net/thread-52-1-1.html
《即时通讯技术MobileIMSDK：常见问题解答》http://www.52im.net/thread-60-1-1.html
《即时通讯技术MobileIMSDK：压力测试报告》http://www.52im.net/thread-57-1-1.html
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[x] 有关推送技术的文章：
《iOS的推送服务APNs详解：设计思路、技术原理及缺陷等》http://www.52im.net/thread-345-1-1.html
《Android端消息推送总结：实现原理、心跳保活、遇到的问题等》http://www.52im.net/thread-341-1-1.html
《扫盲贴：认识MQTT通信协议》http://www.52im.net/thread-318-1-1.html
《一个基于MQTT通信协议的完整Android推送Demo》http://www.52im.net/thread-315-1-1.html
《求教android消息推送：GCM、XMPP、MQTT三种方案的优劣》http://www.52im.net/thread-314-1-1.html
《IBM技术经理访谈：MQTT协议的制定历程、发展现状等》url=http://www.52im.net/thread-525-1-1.html
《移动端实时消息推送技术浅析》http://www.52im.net/thread-288-1-1.html
《扫盲贴：浅谈iOS和Android后台实时消息推送的原理和区别》http://www.52im.net/thread-286-1-1.html
《绝对干货：基于Netty实现海量接入的推送服务技术要点》http://www.52im.net/thread-166-1-1.html
《移动端IM实践：谷歌消息推送服务(GCM)研究（来自微信）》http://www.52im.net/thread-122-1-1.html
《为何微信、QQ这样的IM工具不使用GCM服务推送消息？》http://www.52im.net/thread-117-1-1.html
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[y] 更多即时通讯技术好文分类：
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作者：Jack Jiang (点击作者姓名进入Github)
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