TCP三次握手和四次挥手的问题在面试中是最为常见的考点之一。很多读者都知道三次和四次，但是如果问深入一点，他们往往都无法作出准确回答。
本篇尝试使用动画来对这个知识点进行讲解，期望读者们可以更加简单地地理解TCP交互的本质。
TCP 三次握手
TCP 三次握手就好比两个人在街上隔着50米看见了对方，但是因为雾霾等原因不能100%确认，所以要通过招手的方式相互确定对方是否认识自己。
张三首先向李四招手（syn），李四看到张三向自己招手后，向对方点了点头挤出了一个微笑（ack）。张三看到李四微笑后确认了李四成功辨认出了自己（进入estalished状态）。
但是李四还有点狐疑，向四周看了一看，有没有可能张三是在看别人呢，他也需要确认一下。
所以李四也向张三招了招手（syn），张三看到李四向自己招手后知道对方是在寻求自己的确认，于是也点了点头挤出了微笑（ack），李四看到对方的微笑后确认了张三就是在向自己打招呼（进入established状态）。
于是两人加快步伐，走到了一起，相互拥抱。
我们看到这个过程中一共是四个动作，张三招手–李四点头微笑–李四招手–张三点头微笑。
其中李四连续进行了2个动作，先是点头微笑（回复对方），然后再次招手（寻求确认），实际上可以将这两个动作合一，招手的同时点头和微笑（syn+ack）。
于是四个动作就简化成了三个动作，张三招手–李四点头微笑并招手–张三点头微笑。这就是三次握手的本质，中间的一次动作是两个动作的合并。
我们看到有两个中间状态，syn_sent和syn_rcvd，这两个状态叫着「半打开」状态，就是向对方招手了，但是还没来得及看到对方的点头微笑。
syn_sent是主动打开方的「半打开」状态，syn_rcvd是被动打开方的「半打开」状态。客户端是主动打开方，服务器是被动打开方。
syn_sent: syn package has been sent
syn_rcvd: syn package has been received
TCP 数据传输
TCP 数据传输就是两个人隔空对话，差了一点距离，所以需要对方反复确认听见了自己的话。
张三喊了一句话（data），李四听见了之后要向张三回复自己听见了（ack）。
如果张三喊了一句，半天没听到李四回复，张三就认为自己的话被大风吹走了，李四没听见，所以需要重新喊话，这就是tcp重传。
也有可能是李四听到了张三的话，但是李四向张三的回复被大风吹走了，以至于张三没听见李四的回复。
张三并不能判断究竟是自己的话被大风吹走了还是李四的回复被大风吹走了，张三也不用管，重传一下就是。
既然会重传，李四就有可能同一句话听见了两次，这就是「去重」。「重传」和「去重」工作操作系统的网络内核模块都已经帮我们处理好了，用户层是不用关心的。
张三可以向李四喊话，同样李四也可以向张三喊话，因为tcp链接是「双工的」，双方都可以主动发起数据传输。不过无论是哪方喊话，都需要收到对方的确认才能认为对方收到了自己的喊话。
张三可能是个高射炮，一说连说了八句话，这时候李四可以不用一句一句回复，而是连续听了这八句话之后，一起向对方回复说前面你说的八句话我都听见了，这就是批量ack。
但是张三也不能一次性说了太多话，李四的脑子短时间可能无法消化太多，两人之间需要有协商好的合适的发送和接受速率，这个就是「TCP窗口大小」。
网络环境的数据交互同人类之间的对话还要复杂一些，它存在数据包乱序的现象。
同一个来源发出来的不同数据包在「网际路由」上可能会走过不同的路径，最终达到同一个地方时，顺序就不一样了。
操作系统的网络内核模块会负责对数据包进行排序，到用户层时顺序就已经完全一致了。
TCP 四次挥手
TCP断开链接的过程和建立链接的过程比较类似，只不过中间的两部并不总是会合成一步走，所以它分成了4个动作，张三挥手（fin）——李四伤感地微笑（ack）——李四挥手（fin）——张三伤感地微笑（ack）。
之所以中间的两个动作没有合并，是因为tcp存在「半关闭」状态，也就是单向关闭。
张三已经挥了手，可是人还没有走，只是不再说话，但是耳朵还是可以继续听，李四呢继续喊话。等待李四累了，也不再说话了，超张三挥了挥手，张三伤感地微笑了一下，才彻底结束了。
上面有一个非常特殊的状态time_wait，它是主动关闭的一方在回复完对方的挥手后进入的一个长期状态，这个状态标准的持续时间是4分钟，4分钟后才会进入到closed状态，释放套接字资源。不过在具体实现上这个时间是可以调整的。
它就好比主动分手方要承担的责任，是你提出的要分手，你得付出代价。这个后果就是持续4分钟的time_wait状态，不能释放套接字资源（端口），就好比守寡期，这段时间内套接字资源（端口）不得回收利用。
它的作用是重传最后一个ack报文，确保对方可以收到。因为如果对方没有收到ack的话，会重传fin报文，处于time_wait状态的套接字会立即向对方重发ack报文。
同时在这段时间内，该链接在对话期间于网际路由上产生的残留报文（因为路径过于崎岖，数据报文走的时间太长，重传的报文都收到了，原始报文还在路上）传过来时，都会被立即丢弃掉。
4分钟的时间足以使得这些残留报文彻底消逝。不然当新的端口被重复利用时，这些残留报文可能会干扰新的链接。
4分钟就是2个MSL，每个MSL是2分钟。MSL就是maximium segment lifetime——最长报文寿命。这个时间是由官方RFC协议规定的。至于为什么是2个MSL而不是1个MSL，我还没有看到一个非常满意的解释。
四次挥手也并不总是四次挥手，中间的两个动作有时候是可以合并一起进行的，这个时候就成了三次挥手，主动关闭方就会从fin_wait_1状态直接进入到time_wait状态，跳过了fin_wait_2状态。
总结
TCP状态转换是一个非常复杂的过程，本文仅对一些简单的基础知识点进行了类比讲解。关于TCP的更多知识还需要读者去查看相关技术文章书籍进入深入学习。如果读者对TCP的基础知识掌握得比较牢固，高级的知识理解起来就不会太过于吃力。
女朋友版
背景
和女朋友异地恋一年多，为了保持感情我提议每天晚上视频聊天一次。
从好上开始，到现在，一年多也算坚持下来了。
问题
有时候聊天的过程中，我的网络或者她的网络可能会不好，视频就会卡住，听不到对方的声音，过一会儿之后才会恢复。
中间双方可能就要不断的确认网络是否恢复，但是有时候会：
她：“你可以听到了吗？”
我：“可以了，你呢？”、
她：“喂喂，你可以听到了吗？”
我：“可以了，我可以听到了，你呢？”
她：“你可以听到了吗？”
…
这种情况很蛋疼，那么怎样才能找一个简单的办法，让两个人都确认自己可以听到对方的声音，对方也可以听到自己的声音呢？
方案
TCP建立连接为什么是三次握手，而不是两次或四次？
TCP，名为传输控制协议，是一种可靠的传输层协议，IP协议号为6。
顺便说一句，原则上任何数据传输都无法确保绝对可靠，三次握手只是确保可靠的基本需要。
举个日常例子，打电话时我们对话如下：
对应为客户端与服务器之间的通信：
于是有了如下对话：
我：1+1等于几？
她：2,2+2等于几？
我：4
首先两个人约定协议：
（1）感觉网络情况不对的时候，任何一方都可以发起询问
（2）任何情况下，若发起询问后5秒还没收到回复，则认为网络不通
（3）网络不通的情况下等1min路由器之后再发起询问
对于我而言，发起 “1+1等于几”的询问后：
（1） 若5s内没有收到回复，则认为网络不通
（2） 若收到回复，则我确认①我能听到她的消息 ②她能听到我的消息，然后回复她的问题的答案
对于她而言，当感觉网络情况不对的时候：
（1） 若没有收到我的询问，则她发起询问
（2） 若收到“1+1等于几”，则她确认 ①她可以听到我的消息，然后回复我的问题的答案和她的问题“2，2+2等于几”
（3） 若5s内没有收到我的回复“4”，则她确认 ②我听不见她的消息
（4） 若5s内收到了我的回复“4”，则她确认 ②我可以听见她的消息
这样，如果上面的对话得以完成，就证明双方都可以确认自己可以听到对方的声音，对方也可以听到自己的声音！
这个故事可以解释TCP为什么要三次握手吗 … 囧
关于四次挥手
先由客户端向服务器端发送一个FIN，请求关闭数据传输。
当服务器接收到客户端的FIN时，向客户端发送一个ACK，其中ack的值等于FIN+SEQ
然后服务器向客户端发送一个FIN，告诉客户端应用程序关闭。
当客户端收到服务器端的FIN是，回复一个ACK给服务器端。其中ack的值等于FIN+SEQ
为什么要4次挥手？
确保数据能够完整传输。
当被动方收到主动方的FIN报文通知时，它仅仅表示主动方没有数据再发送给被动方了。
但未必被动方所有的数据都完整的发送给了主动方，所以被动方不会马上关闭SOCKET,它可能还需要发送一些数据给主动方后，
再发送FIN报文给主动方，告诉主动方同意关闭连接，所以这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。
1、TCP报文格式
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。
2、三次握手
TCP(Transmission Control Protocol) 传输控制协议
TCP是主机对主机层的传输控制协议，提供可靠的连接服务，采用三次握手确认建立一个连接
位码即TCP标志位，有6种标示：
SYN（synchronous建立联机）
ACK（acknowledgement 确认）
PSH（push传送）
FIN（finish结束）
RST（reset重置）
URG（urgent紧急）
Sequence number（顺序号码）
Acknowledge number（确认号码）
establish 建立，创建
所谓三次握手（Three-Way Handshake）即建立TCP连接，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 (number )=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包将长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
3、四次挥手
三次握手耳熟能详，四次挥手估计就…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。
（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）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。
4、附注
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。