TCP三次握手和四次挥手超完善总结

TCP 三次握手（建立连接）

三次握手

三次握手（Three-way Handshake），是指建立一个 TCP 连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。

三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立 TCP 连接，并同步连接双方的序列号和确认号并交换 TCP 窗口大小信息。

第1次握手

客户端：

• 发送 SYN（SYN=1），seq=x 包

• 进入 SYN_SENT 状态

第2次握手

服务器：

• 发送 ack=x + 1, seq=y, SYN=1, ACK=1

• 进入 SYN_RECV 状态

第3次握手

客户端：

• SYN=0, ACK=1, seq=x+1, ack=y+1

客户端此包发送完毕之后，客户端和服务器进入 ESTABLISHED（TCP 连接成功） 状态，完成三次握手。

完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据。

TCP 四次挥手（断开连接）

四次挥手

第1次

客户端：

• 发送报文 FIN=1, seq=u（等于前面已经发送过来的数据的最后一个字节的序号加1）

• 进入 FIN-WAIT-1（终止等待1） （TCP 规定，FIN 报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号）

第2次

服务器：

• 收到连接释放报文

• 发出确认报文，ACK=1, ack=u+1，并且带上自己的序列号 seq=v

• 进入 CLOSE-WAIT（关闭等待） 状态

TCP 通知应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接收。这个状态还要持续一段时间，也就是整个 CLOSE-WAIT 状态持续的时间。

客户端：

• 接收到服务器的确认请求

• 进入 FIN-WAIT-2（终止等待2） 状态，等待服务器发送连接释放报文（这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。

第3次

服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据。假定此时的序列号为 seq=w

服务器：

• FIN=1, ACK=1, ack=u+1, seq=w（新的seq）

• 进入 LAST-ACK 状态

第4次

客户端：

客户端接收到服务器的连接释放报文之后，必须发出确认。

• ACK=1, ack=w+1, seq=u + 1

• 客户端进入 TIME-WAIT（时间等待） 状态

• 经过 2 MSL（Maximum Segment Lifetime）（报文最大生成时间），进入 CLOSED 状态

服务器：

• 只要接收到了客户端发出的确认，立即进入 CLOSED 状态

服务器比客户端先进入 CLOSED 状态。

为什么3次握手

当 Server 收到 Client 端的 SYN 连接请求报文后，可以直接发送 SYN、ACK 报文。ACK 报文做应答， SYN 报文用来同步。

3 次握手做好发送数据的准备工作，同时也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。

前两次握手进行同步和准备，第三次握手进入状态。

为什么不是2次握手呢？

如果一个连接请求在网络中跑得慢，超时了，这时客户端会重发请求，但这个跑的慢的客户端最后还是跑到了，然后服务端就接收了两个请求，然后全部回应就会创建两个连接，浪费资源。如果加入第三次验证，则客户端接收到一个服务端确认连接请求之后，后面再接收到确认连接请求就可以抛弃不管了。

为什么4次挥手

TCP 是双向的，所以需要在两个方向分别关闭，每个方向的关闭又需要请求和确认，所以一共就4次。

• 客户端：服务器大哥我要停止传输了（FIN-WAIT-1）

• 服务器：好的，我知道了（但可能我还有剩余的数据要据需传给你）（CLOSE-WAIT）

• 客户端：服务器大哥已经知道我要断开连接了（FIN-WAIT-2）

• 服务器：客户端小伙，我的数据传完了，我也不再给你发数据了（LAST-ACK）

• 客户端：好的，大哥不传数据了，那我进入 TIME-WAIT 了，再进行 2 MSL 我就进入 CLOSED 啦

• 服务器：那我断开连接了，bye bye（CLOSED）

如果已经建立了连接，但是客户端出现故障该怎么办

TCP 有一个保活计时器，客户端出现故障了，服务器是不能一直等下去浪费资源的的。

服务器每收到一次客户端请求后都会重新复位这个计时器，时间通常为 2h ，如果 2h 还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔 75s 就会发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没有反应，服务器就认为客户端出现故障，接着就关闭连接。

洪水攻击

SYN 洪水攻击发送在3次握手的前2次，攻击者发送 TCP SYN，SYN 是 TCP 三次握手中的第一个数据包，当服务器返回 ACK 后，攻击者不对其进行再确认，那这个连接就处于挂起状态，也就是所谓的半连接状态，服务器收不到再确认的话，还会重复发送 ACK 给攻击者，这会导致服务器资源被浪费。攻击者对服务器发送非常大量的这种 TCP 连接，由于大量半连接状态在服务器产生，服务器的资源消耗会不断增加，最后导致服务器故障。

服务器发送 ACK 之后处于 SYN_RECV 状态，服务器只有收到客户端的 ACK 之后，才会转入 ESTABLISHED 状态。

缩略词相关

• 序列号 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段都编上一个序号，第一个字节的编号由本地随机产生；给字节编上序号之后，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。
  当发送一个数据时，数据时被拆成多个数据包来发送，序列号就是对每个数据包进行编号，这样接收方才能对数据包进行再次拼接。
  初始序列号是随机生成的，这样不一样的数据拆解保证就不会连接错误。

• 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。序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号；而确认号指的是期待接收到下一个字节的编号；即当前报文段最后一个字节的编号 +1 就是确认号。

• 确认 ACK：占1位， 代表确认接收，不管是三次握手还是四次分手，在回应的时候会加上 ACK = 1，表示消息接收到了，并且在建立连接之后发送数据时，都需加上 ACK = 1，来表示数据接收成功了。
  仅当 ACK=1 时，确认好字段才有效。ACK=0 时，确认号无效。

• 同步 SYN (Synchronize Sequence Numbers) 同步序列编号，代表请求创建连接，在三次握手中前两次要请求创建，表示这两次用于创建连接。
  建立连接时用于同步序号。当 SYN=1，ACK=0 时表示，这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中让 SYN=1，ACK=1。 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 建立连接时才会被置1，握手完成后 SYN 标志位被置 0.

• 终止 FIN： 表示请求关闭连接，在四次分手时，FIN 发了两遍。这是因为 TCP 的连接是双向的，所以一次 FIN 只能关闭一个方向。
  FIN=1 表示，此报文的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放连接。

SYN、ACK、FIN 这些大写的单词表示标志位，其值只有0、1；小写的 seq、ack 表示序号。

SYN、ACK、FIN 存放在 TCP 的标志位。

字段	含义
ACK	确认号是否有效，一般置为1
SYN	请求建立连接，并在其序列号的字段进行序列号的初始值设定。建立连接，设为1
FIN	希望断开连接
URG	紧急指针是否有效。为1表示某一位需要被优先处理
PSH	提示接收端应用程序立即从 TCP 缓冲区把数据读走
RST	对方要求重新建立连接，复位

推荐阅读

看了那么多，TCP/IP究竟是什么（一）

TCP三次握手和四次分手

vuejs 中双向绑定的模拟实现

止水lx

一个想要分享点知识的公众号，关注送技术资料

wxqrcode

微信号：lxfriday_xyz