记一记 TCP的三握四挥

TCP的三次握手与四次挥手理解及面试题（很全面）
面试官，不要再问我三次握手和四次挥手

每次看了TCP的三次握手和四次挥手，总是过一段时间就忘记了，写此文加深理解和记忆。

如下图所示，TCP首部中有很多信息，在这里我们需要关注的是 序号，确认号，ACK, SYN, FIN等标志位。

• ISN（Initial Sequence Number）：初始序列号。
• ACK（确认字符，Acknowledge Character）：占1位，仅当ACK=1时，确认号字段才有效。ACK=0时，确认号无效。
• SYN（同步序列编号，Synchronize Sequence Numbers）：是TCP/IP建立连接时使用的握手信号。当SYN=1，ACK=0时表示：这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示这是一个连接请求，或连接接受报文。SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1，握手完成后SYN标志位被置0。
• FIN：用来释放一个连接。FIN=1表示：此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放传输连接。
• 序号 seq：占4个字节，用来标记数据段的顺序，TCP把连接中发送的所有数据字节都编上一个序号，第一个字节的编号（ISN）由本地随机产生；给字节编上序号后，就给每一个报文段指派一个序号；序列号seq就是这个报文段中的第一个字节的数据编号。有了序号才知道传输的数据的顺序，在服务端才能正确组装信息。
• 确认号 ack：占4个字节，期待收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号；确认号指的是期望接收到下一个字节的编号；因此当前报文段最后一个字节的编号+1即为确认号。
  PS：ACK、SYN和FIN这些大写的单词表示标志位，其值要么是1，要么是0；ack、seq小写的单词表示序号。

下图表表示了各标志位的含义：

三次握手：

• 第一次握手：客户端给服务端发一个 SYN 报文，并指明客户端的初始化序列号 ISN。此时客户端处于 SYN_SENT 状态。

首部的同步位SYN=1，初始序号seq=x，SYN=1的报文段不能携带数据，但要消耗掉一个序号。

• 第二次握手：服务器收到客户端的 SYN 报文之后，会以自己的 SYN 报文作为应答，并且也指定了自己的初始化序列号 ISN(s)。同时会把客户端的 ISN + 1 作为ACK 的值，表示自己已经收到了客户端的 SYN，此时服务器处于 SYN_RCVD 的状态。这次握手实际做了两件事，一是告诉客户端收到了其SYN包，二是发送自己的SYN包来请求连接。

在确认报文段中SYN=1，ACK=1，确认号ack=x+1，初始序号seq=y。

• 第三次握手：客户端收到 SYN 报文之后，会发送一个 ACK 报文，当然，也是一样把服务器的 ISN + 1 作为 ACK 的值，表示已经收到了服务端的 SYN 报文，此时客户端处于 ESTABLISHED 状态。服务器收到 ACK 报文之后，也处于 ESTABLISHED状态，此时，双方已建立起了连接。

确认报文段ACK=1，确认号ack=y+1，序号seq=x+1（初始为seq=x，第二个报文段所以要+1），ACK报文段可以携带数据，不携带数据则不消耗序号。

四次挥手：

• 第一次挥手：客户端发送一个 FIN 报文，报文中会指定一个序列号。此时客户端处于 FIN_WAIT_1 状态。
  即发出连接释放报文段（FIN=1，序号seq=u），并停止再发送数据，主动关闭TCP连接，进入FIN_WAIT_1（终止等待1）状态，等待服务端的确认。
• 第二次挥手：服务端收到FIN之后，会发送 ACK报文，且把客户端的序列号值 +1 作为 ACK报文的序列号值，表明已经收到客户端的报文了，此时服务端处于 CLOSE_WAIT 状态。即服务端收到连接释放报文段后即发出确认报文段（ACK=1，确认号ack=u+1，序号seq=v），服务端进入CLOSE_WAIT（关闭等待）状态，此时的TCP处于半关闭状态，客户端到服务端的连接释放。客户端收到服务端的确认后，进入FIN_WAIT_2（终止等待2）状态，等待服务端发出的连接释放报文段。
• 第三次挥手：如果服务端也想断开连接了，和客户端的第一次挥手一样，发给 FIN 报文，且指定一个序列号。此时服务端处于 LAST_ACK 的状态。即服务端没有要向客户端发出的数据，服务端发出连接释放报文段（FIN=1，ACK=1，序号seq=w，确认号ack=u+1），服务端进入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 FIN 之后，一样发送一个ACK 报文作为应答，且把服务端的序列号值 +1 作为自己 ACK 报文的序列号值，此时客户端处于 TIME_WAIT 状态。需要过一阵子以确保服务端收到自己的 ACK 报文之后才会进入 CLOSED 状态，服务端收到 ACK 报文之后，就处于关闭连接了，处于 CLOSED 状态。
  即客户端收到服务端的连接释放报文段后，对此发出确认报文段（ACK=1，seq=u+1，ack=w+1），客户端进入TIME_WAIT（时间等待）状态。此时TCP未释放掉，需要经过时间等待计时器设置的时间2MSL后，客户端才进入CLOSED状态。

尝试回答下面的问题来确认是否真的理解了。

1. 为什么需要三次握手，两次不行吗？
2. 什么是半连接队列？
3. ISN(Initial Sequence Number)是固定的吗？
4. 三次握手过程中可以携带数据吗？
5. SYN攻击是什么？
6. 为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？
7. 为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？
8. 如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

这些问题的答案见 ：

TCP的三次握手与四次挥手理解及面试题（很全面）
面试官，不要再问我三次握手和四次挥手