TCP三次握手与四次挥手

TCP三次握手

• 第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=j）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）；

• 第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；

• 第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1），此包发送完毕，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

• 客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送；

• 服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号；

• 服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A；

• 客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1。

TCP报文

• 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。
• 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。

tcp的6种标志位的分别代表

标志位	全称	含义
SYN	synchronous	发起一个新连接
ACK	acknowledgement	确认序号有效
PSH	push	接收方应该尽快将这个报文交给应用层
FIN	finish	释放一个连接
RST	reset	重置连接
URG	urgent	紧急指针（urgent pointer）有效

不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了

握手过程具体报文内容

• 第一次握手：客户端发送一个TCP的SYN标志位置1的包指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始序号X，保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里

• 第二次握手：服务器发回确认包(ACK)应答。即SYN标志位和ACK标志位均为1同时，将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的ISN加1以，即X+1

• 第三次握手：客户端再次发送确认包(ACK)SYN标志位为0，ACK标志位为1，并且把服务器发来ACK的序号字段+1，放在确定字段中发送给对方，并且在数据段放写ISN的+1

::: danger 为了方便查看，图片中标志位的所占字节大小与实际不符 :::

初始序列号（ISN）：当两台主机需要使用TCP传输协议传输数据时，会创建一个新的连接。这涉及希望启动连接的第一个主机，以生成所谓的初始序列号（ISN），它基本上是我们正在查看的序列字段中包含的第一个序列号。

TCP状态迁移

客户端TCP状态迁移

CLOSED->SYN_SENT->ESTABLISHED->FIN_WAIT_1->FIN_WAIT_2->TIME_WAIT->CLOSED

服务器TCP状态迁移

CLOSED->LISTEN->SYN收到->ESTABLISHED->CLOSE_WAIT->LAST_ACK->CLOSED

各个状态的意义如下

| 标志位 | 含义 | | --- | --- | --- | | LISTEN | 侦听来自远方TCP端口的连接请求 | | SYN-SENT | 在发送连接请求后等待匹配的连接请求； | | SYN-RECEIVED | 在收到和发送一个连接请求后等待对连接请求的确认； | | ESTABLISHED | 代表一个打开的连接，数据可以传送给用户； | | FIN-WAIT-1 | 等待远程TCP的连接中断请求，或先前的连接中断请求的确认； | | FIN-WAIT-2 | 从远程TCP等待连接中断请求； | | CLOSE-WAIT | 等待从本地用户发来的连接中断请求； | | CLOSING | 等待远程TCP对连接中断的确认； | | LAST-ACK | 等待原来发向远程TCP的连接中断请求的确认； | | TIME-WAIT | 等待足够的时间以确保远程TCP接收到连接中断请求的确认； | | CLOSED | 没有任何连接状态； |

为什么TCP链接不是两次

为了双方都能明确自己和对方的收、发能力是正常的。

• 第一次握手：客户端无法知道自己发送是否正常，但是服务端收到请求，知道客户端发送能力正常，自己服务端的接受能力正常；

• 第二次握手：服务的发送请求到客户端，客户端知道服务端接受到自己第一次握手的请求了，客户端知道自己的发送和接受能力正常，服务端的发送和接受能力正常；

• 第三次握手：服务端接收到客户端的确认消息，确认了服务端的发送，接受能力正常。

视角	客收	客发	服收	服发
客视角	二	一 + 二	一 + 二	二
服视角	二 + 三	一	一	二 + 三

为什么TCP断开链接需要四次

因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手

确认号与序列号关系

确认号：其数值等于发送方的发送序号 +1(即接收方期望接收的下一个序列号)

TCP协议如何来保证传输的可靠性

TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。其中，面向连接意味着两个使用TCP的应用（通常是一个客户和一个服务器）在彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接。在一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信；而字节流服务意味着两个应用程序通过TCP链接交换8bit字节构成的字节流，TCP不在字节流中插入记录标识符。

对于可靠性，TCP通过以下方式进行保证

• 数据包校验：目的是检测数据在传输过程中的任何变化，若校验出包有错，则丢弃报文段并且不给出响应，这时TCP发送数据端超时后会重发数据；

• 对失序数据包重排序：既然TCP报文段作为IP数据报来传输，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段的到达也可能会失序。TCP将对失序数据进行重新排序，然后才交给应用层；

• 丢弃重复数据：对于重复数据，能够丢弃重复数据；

• 应答机制：当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒；

• 超时重发：当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段；

• 流量控制：TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据，这可以防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出，这就是流量控制。TCP使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。