详解TCP的三次握手和四次挥手

详解TCP的三次握手和四次挥手

开始之前先回顾一下我们在计算机网络课堂上学习的TCP报文的头部结构

1 TCP报文的头部结构

如上图所示，大致了解一下：

• source port ：16位源端口号
• destination port：16位目标端口号
• sequence number：32位序列号，简写为seq
• acknowledgment number(if ack set)：32位确认号，简写为ack

重点了解：

1. 序号：seq序号，占32位，用来标识从TCP端发送的字节流，发起方发送的数据对此进行标识。
2. 确认序号：ack序号，占32位，只有当ack标志位置为1时，确认号字段才有效，ack = seq + 1.
3. 标志位：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN
   1. URG：紧急指针（urgent point）有效。
   2. ACK：确认序列号有效。
   3. PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
   4. RST：重置连接
   5. SYN：发起一个新的连接
   6. FIN：释放一个连接

注意：

• 不要将确认序号ack和标志位中的ACK搞混。
• 接收方 ack = 发起方 seq + 1，两端口匹配

2 三次握手

三次握手的本质是确认通信双方收发数据的能力。假设收发件我们记为

1. 首先，我让信使运输一封信件给对方，对方收到了。那么对方他就知道了我的发件能力和他的收件能力是OK的。

2. 然后，对方给我回信，我收到了。于是我便知道我的发件能力和他的收件能力是OK的，并且他的收件能力也是OK的。

此时，对方还不知道他自己的发件能力和我的收件能力是否OK，因此我需要再回复他一下。

3. 最后，我再回复他一下，对方收到了，他便知道了他的发件能力和我的收件能力是可以的。

• 第一次握手：客户端要向服务端发起连接请求，首先客户端随机生成一个起始序列号 ISN（比如是100），那客户端向服务端发送的报文段包含 SYN 标志位（也就是 SYN = 1），序列号 seq = 100。
• 第二次握手：服务端收到客户端发过来的报文后，发现 SYN = 1，知道这是一个连接请求，于是将客户端的起始序列号100存起来，并且随机生成一个服务端的起始序列号（比如是200）。然后给客户端回复一段报文，回复报文包含 SYN 和 ACK 标志（也就是 SYN = 1， ACK = 1）、序列号 seq = 200、确认号 ack = 101（客户端的序列号 + 1）。
• 第三次握手：客户端收到服务端的回复后发现 ACK = 1 并且 ack = 101，于是知道服务端已经收到了序列号为 100 的那段报文；同时发现 SYN = 1，知道了服务端同意了这次连接，于是就将服务端的序列号 200 给存下来。然后客户端再回复一段报文给服务端，报文包含 ACK 标志位（ACK = 1）、ack = 201（服务端序列号 + 1）、seq = 101（第一次握手时发送报文是占据一个序列号的，所以这次 seq 从101 开始，需要注意的是不携带数据的 ACK 报文是不占据序列号的，所以后面第一次正式发送数据时 seq 还是101）。当服务端收到报文后发现 ACK = 1 并且 ack = 201，就知道客户端收到序列号为300 的报文了，就这样客户端和服务端通过 TCP建立了连接。

3 四次挥手

四次挥手的目的是关闭一个连接。

比如说客户端初始化的序列号 ISA = 100。服务端初始化的序列号 ISA = 200。 TCP 连接成功后客户端总共发送了1000个字节的数据，服务端在客户端发 FIN 报文前共回复了 2000个字节的数据。

• 第一次挥手：当客户端的数据都传输完成后，客户端向服务端发出释放报文（当然数据没发完时也可以发送连接释放报文并停止发送数据），释放连接报文包含 FIN 标志位（FIN = 1）、序列号 seq = 1101 ( 100 + 1 + 1000，其中的 1 是建立连接时占的一个序列号)。需要注意的是客户端发出 FIN 报文段后只是不能发数据了，还是可以正常接收数据；另外 FIN 报文段即使不携带数据也要占据一个序列号。
• 第二次挥手：服务端收到客户端发的 FIN 报文后给客户端回复确认报文，确认报文包含 ACK 标志位（ACK = 1）、确认号 ack = 1102（客户端 FIN 报文序列号 1101 + 1）、序列号 seq = 2200（200 + 2000）。此服务端处于关闭等待状态，而不是立马给客户端发送 FIN 报文，这个状态还有持续一段时间，因为服务端可能还有数据没发完。
• 第三次挥手：服务端将最后数据（比如50个字节）发送完毕后就向客户端发出连接释放报文，报文包含 FIN 和 ACK 标志位（FIN = 1，ACK = 1）、确认号和第二次握手的一样 ack = 1102、序列号 seq = 2250（2200 + 50）。
• 第四次挥手：客户端收到服务端发的 FIN 报文后，向服务端发出确认报文，确认报文包含 ACK 标志位（ACK = 1）、确认号 ack = 2251、序列号 seq = 1102。注意客户端发出确认报文后不是立马释放 TCP连接，而是要经过 2MSL（最长报文段寿命的2倍时长）后才释放 TCP 连接。而服务端一旦收到客户端发出的确认报文就会立马释放 TCP 连接，所以服务端结束 TCP 连接的时间要比客户端早一些。