三次握手和四次挥手
TCP（传输控制协议）使用 三次握手（Three-way Handshake） 建立连接，使用 四次挥手（Four-way Handshake） 终止连接。这是保证可靠、面向连接通信的核心机制。
一、三次握手（建立连接）
目的：确保双方都具有发送和接收数据的能力，并同步初始序列号（Sequence Number）。
第一次握手（SYN）：
- 客户端发送一个 TCP 报文段给服务器。
- 设置 SYN 标志位为 1（表示这是一个连接请求）。
- 选择一个初始序列号（Client_ISN）（通常是随机数）。
- 客户端进入
SYN_SENT状态。
第二次握手（SYN + ACK）：
- 服务器收到客户端的 SYN 报文。
- 如果同意建立连接，则发送一个 TCP 报文段给客户端。
- 设置 SYN 标志位为 1（表示这也是一个连接请求）。
- 设置 ACK 标志位为 1（表示确认）。
- 确认号（Acknowledgment Number） 设置为
Client_ISN + 1（表示期望收到客户端的下一个字节的序号是这个值）。 - 选择一个自己的初始序列号（Server_ISN）（通常是随机数）。
- 服务器进入
SYN_RECEIVED状态。
第三次握手（ACK）：
- 客户端收到服务器的 SYN+ACK 报文。
- 客户端发送一个 TCP 报文段给服务器。
- 设置 ACK 标志位为 1（表示确认）。
- 确认号（Acknowledgment Number） 设置为
Server_ISN + 1（表示期望收到服务器的下一个字节的序号是这个值）。 - （此时可以携带应用层数据）序列号为
Client_ISN + 1（因为第一次握手的 SYN 消耗了一个序号）。 - 客户端进入
ESTABLISHED状态。 - 服务器收到 ACK 后，也进入
ESTABLISHED状态。
为什么需要三次？
- 防止旧的重复连接初始化请求造成混乱： 主要是为了防止在网络延迟的情况下，一个早已失效的连接请求报文突然又传到了服务器，导致服务器错误地打开连接（历史连接问题）。第三次握手让客户端有机会确认这个连接请求是否是当前最新的、有效的请求。
- 确保双方初始序列号同步： 第一次握手告知 Client_ISN，第二次握手确认 Client_ISN 并告知 Server_ISN，第三次握手确认 Server_ISN。只有双方都确认了对方的初始序列号，才能保证后续数据包传输的有序性。
- 验证双向通信能力： 第一次握手证明客户端能发送到服务器；第二次握手证明服务器能接收（收到第一次）并能发送到客户端；第三次握手证明客户端能接收（收到第二次）并能发送到服务器。
二、四次挥手（终止连接）
目的：双方都确认数据发送完毕，并安全、有序地关闭连接。TCP 连接是全双工的，每个方向必须独立关闭。
第一次挥手（FIN）：
- 主动关闭方（可以是客户端或服务器，假设是客户端）发送一个 TCP 报文段。
- 设置 FIN 标志位为 1（表示它已经没有数据要发送了）。
- 指定一个序列号（假设为
Seq = u），这个序列号等于它已传送数据的最后一个字节的序号加 1。 - 客户端进入
FIN_WAIT_1状态。
第二次挥手（ACK）：
- 被动关闭方（服务器）收到 FIN 报文。
- 发送一个 ACK 确认报文。
- 设置 ACK 标志位为 1。
- 确认号（Acknowledgment Number） 设置为
u + 1（表示期望收到主动关闭方的下一个字节的序号是这个值）。 - （此时，服务器可能还有数据要发送给客户端）。
- 服务器进入
CLOSE_WAIT状态。 - 客户端收到这个 ACK 后，进入
FIN_WAIT_2状态（等待服务器的 FIN 报文）。
第三次挥手（FIN）：
- 被动关闭方（服务器）完成了它所有数据的发送。
- 服务器发送一个 FIN 报文给主动关闭方（客户端）。
- 设置 FIN 标志位为 1。
- 指定一个序列号（假设为
Seq = w），这个序列号等于它已传送数据的最后一个字节的序号加 1（可能包含在第二次挥手之后发送的数据）。 - 服务器进入
LAST_ACK状态（等待最后一个 ACK）。
第四次挥手（ACK）：
- 主动关闭方（客户端）收到服务器的 FIN 报文。
- 客户端发送一个 ACK 确认报文。
- 设置 ACK 标志位为 1。
- 确认号（Acknowledgment Number） 设置为
w + 1。 - 客户端进入
TIME_WAIT状态（也称为2MSL等待状态）。 - 服务器收到这个 ACK 后，进入
CLOSED状态（连接关闭）。 - 客户端在
TIME_WAIT状态等待 2MSL（Maximum Segment Lifetime，报文最大生存时间，通常 1-4 分钟） 后，也进入CLOSED状态。
为什么需要四次？ 因为 TCP 连接是全双工的：
- 第一次挥手（FIN）表示“我（主动方）没有数据要发给你了”。
- 第二次挥手（ACK）表示“我知道你没数据发给我了”（此时被动方可能还有数据要发给主动方）。
- 第三次挥手（FIN）表示“我（被动方）也没有数据要发给你了”。
- 第四次挥手（ACK）表示“我知道你也没数据发给我了”，最终确认关闭。
为什么主动关闭方需要 TIME_WAIT 状态？
- 确保最后一个 ACK 可靠到达： 如果这个 ACK 丢失，被动关闭方（处于
LAST_ACK）会超时重传 FIN。主动关闭方在TIME_WAIT状态下收到重传的 FIN 后，会重新发送 ACK 并重置TIME_WAIT计时器。 - 让旧连接的重复报文在网络中消逝： 等待 2MSL 时间，确保本次连接中产生的所有报文都已在网络中消失，不会干扰后续使用相同 IP 地址和端口号建立的新连接。
总结
- 三次握手： SYN -> SYN+ACK -> ACK。建立连接，确认双方通信能力和初始序列号。
- 四次挥手： FIN -> ACK -> FIN -> ACK。终止连接，双方独立确认数据发送完毕并关闭各自方向的通道。
这两个过程是 TCP 协议实现可靠传输、面向连接特性的基石。理解它们对于诊断网络问题和学习网络协议栈至关重要。