TCP协议中的三次握手与四次挥手
三次握手
图片来源：自己画的
三次握手（Three-Way Handshake）是 TCP/IP 协议中建立连接的过程，它用于确保通信双方都能准备好开始数据传输，并且能同步双方的初始序列号。三次握手是一个可靠的连接建立过程，目的是为了确保双方的连接状态一致，且数据传输能够顺利进行。
三次握手的步骤
三次握手的过程是通过三个数据包来完成的，它的步骤如下：
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客户端 → 服务器：SYN（同步请求）
客户端首先向服务器发送一个 SYN（Synchronize）包，用来请求建立连接。这个包包含客户端的初始序列号（Seq），即客户端从哪个序列号开始发送数据。此时，客户端处于 SYN_SEND 状态。发送的包格式：
- SYN = 1
- Seq = X（客户端的初始序列号）
-
服务器 → 客户端：SYN + ACK（同步应答）
服务器收到客户端的 SYN 包后，回复一个 SYN + ACK（同步应答）包，表示同意建立连接，并将自己的初始序列号Seq设置为服务器选择的初始序列号（Y）。同时，服务器会将客户端的序列号加 1 作为应答号（Ack = X + 1），以告诉客户端它已经成功接收到客户端的请求。发送的包格式：
- SYN = 1
- ACK = 1
- Seq = Y（服务器的初始序列号）
- Ack = X + 1（确认客户端的序列号）
-
客户端 → 服务器：ACK（确认）
客户端收到服务器的 SYN + ACK 包后，会发送一个确认包 ACK，表示自己已经接收到服务器的应答，并且确认序列号为Y + 1。此时，客户端和服务器之间的连接就正式建立起来了。发送的包格式：
- SYN = 0
- ACK = 1
- Seq = X + 1（客户端确认号）
- Ack = Y + 1（确认服务器的序列号）
三次握手的状态变化
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客户端：
- CLOSED → SYN_SENT（发送 SYN 包）
- SYN_SENT → ESTABLISHED（接收到 ACK 包，连接建立成功）
-
服务器：
- CLOSED → LISTEN（等待客户端的连接请求）
- LISTEN → SYN_RECEIVED（接收到 SYN 包，发送 SYN + ACK 包）
- SYN_RECEIVED → ESTABLISHED（接收到客户端的 ACK 包，连接建立成功）
三次握手的作用
- 同步序列号：三次握手过程中，双方会交换初始的序列号，确保后续数据传输时双方的序列号是同步的。每次连接的建立都会选择新的序列号。
- 确认双方的接收能力：三次握手确保双方都可以接收数据，并且知道对方可以发送和接收数据。
- 建立连接时的确认机制：通过三次握手，双方可以确认对方的存在、连接能力以及对数据包的响应能力。
为什么是三次？
- 第一次握手：客户端发送一个 SYN 包，告知服务器自己希望建立连接，并同步初始序列号。
- 第二次握手：服务器收到客户端的 SYN 包后，发送一个 SYN + ACK 包，表示自己同意建立连接，并确认客户端的序列号。
- 第三次握手：客户端收到服务器的 SYN + ACK 包后，发送一个 ACK 包，表示确认接收到服务器的序列号和连接建立请求。
只有在这三次交换完成后，客户端和服务器才能正式开始数据通信。
三次握手与可靠性
三次握手的三个步骤，确保了以下几个方面的可靠性：
- 双方的确认：通过交换序列号和确认号，确保双方的初始连接序列号一致。
- 连接的双向确认：客户端和服务器都会明确地确认对方是否准备好建立连接。
- 防止旧连接干扰：由于每次建立连接都会选择新的序列号，这避免了过去的连接对新连接产生干扰。
三次握手与四次挥手的对比
- 三次握手用于连接的建立，确保通信双方准备好进行数据传输。
- 四次挥手用于连接的终止，确保双方都没有更多的数据需要发送，从而安全关闭连接。
举个简单例子
假设有一个客户端和服务器：
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客户端 → 服务器：SYN
客户端想要与服务器建立连接，发送一个带有 SYN 标志的数据包，告诉服务器开始连接。
SYN = 1, Seq = X -
服务器 → 客户端：SYN + ACK
服务器收到客户端的 SYN 包后，响应一个带有 SYN 和 ACK 标志的数据包，表示同意连接。服务器还会随机选择自己的初始序列号。
SYN = 1, ACK = 1, Seq = Y, Ack = X + 1 -
客户端 → 服务器：ACK
客户端收到服务器的 SYN + ACK 包后，向服务器发送一个带 ACK 标志的数据包，表示自己也收到了服务器的序列号，连接正式建立。
ACK = 1, Seq = X + 1, Ack = Y + 1
通过这三次数据包交换，客户端和服务器之间的连接正式建立，双方可以开始数据传输。
总结
三次握手是 TCP/IP 协议中用于建立连接的过程，确保了双方的通信双方的同步和确认。在这个过程中，客户端和服务器交换了初始序列号，确保了双方的连接状态一致，能够安全有效地开始数据传输。
四次挥手（Four-Way Handshake）是指在 TCP 协议中，关闭一个连接的过程。它是 TCP 连接终止的标准过程。四次挥手确保了双方都可以正常关闭连接，且数据传输的完整性得到保证。
在 TCP 协议中，数据传输是通过 三次握手（Three-Way Handshake）建立连接的，而断开连接则需要通过四次挥手。
四次挥手
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四次挥手的过程
四次挥手的过程如下：
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客户端发起连接终止（FIN）：
- 客户端（主动关闭方）向服务器发送一个 FIN（Finish）报文段，表示客户端的数据已经发送完毕，希望关闭连接。
- 客户端进入 FIN_WAIT_1 状态，等待服务器的确认。
-
服务器确认客户端的请求（ACK）：
- 服务器收到客户端的 FIN 请求后，发送一个 ACK 报文段作为确认，确认号是客户端的 SEQ + 1。
- 服务器进入 CLOSE_WAIT 状态。
-
服务器发送连接终止（FIN）：
- 服务器发送一个 FIN 报文段，表示服务器也已经没有数据要发送了，准备关闭连接。
- 服务器进入 LAST_ACK 状态，等待客户端的确认。
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客户端确认服务器的请求（ACK）：
- 客户端收到服务器的 FIN 报文后，发送一个 ACK 报文段作为确认，确认号是服务器的 SEQ + 1。
- 客户端进入 TIME_WAIT 状态，等待可能存在的延迟的 ACK 报文段。
- 客户端等待一段时间（通常是 2MSL，最大报文段生存时间）以确保服务器收到了确认，然后进入 CLOSED 状态，连接完全关闭。
四次挥手过程的状态变化：
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客户端状态：
FIN_WAIT_1：等待服务器确认关闭连接。FIN_WAIT_2：等待服务器发送关闭请求。TIME_WAIT：等待可能延迟的包到达，确保服务器收到确认。CLOSED：连接完全关闭。
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服务器状态：
CLOSE_WAIT：等待应用层关闭连接。LAST_ACK：等待客户端确认关闭连接。CLOSED：连接完全关闭。
为什么是四次？
四次挥手的原因是，在 TCP 协议中，连接是全双工的，即每一方向的数据传输是独立的。因此，客户端和服务器需要分别确认各自的数据已经发送完毕，才能安全地关闭连接。
- 第一步：客户端希望关闭连接，发送 FIN，表示客户端没有数据要发送了。
- 第二步：服务器收到 FIN 后，发送 ACK，表示确认客户端没有数据要发送了，但服务器可能仍然有数据要发送。
- 第三步：服务器发送 FIN，表示服务器也没有数据要发送了，准备关闭连接。
- 第四步：客户端收到服务器的 FIN 后，发送 ACK，确认连接的关闭。
四次挥手与三次握手的区别：
- 三次握手用于连接的建立，确保双方都准备好开始通信。
- 四次挥手用于连接的关闭，确保双方都能安全地关闭连接，防止数据丢失。
示例：
- 客户端 → 服务器:
FIN - 服务器 → 客户端:
ACK（确认收到FIN） - 服务器 → 客户端:
FIN - 客户端 → 服务器:
ACK（确认收到服务器的FIN）
在四次挥手完成后，TCP 连接会被完全关闭，双方的通信完全结束。
总结：
四次挥手是 TCP 连接断开的标准过程，通过这种方式，双方确保各自的所有数据都已经成功传输，并且在适当的时机安全地关闭连接。
