HTTP-TCP协议和三次握手四次挥手

什么是 TCP？

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议） 是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。它是互联网协议套件（TCP/IP）的核心协议之一，广泛应用于需要可靠数据传输的场景（如网页浏览、文件传输、电子邮件等）。

TCP 的特点：

1. 面向连接：通信前需要建立连接（三次握手），通信结束后需要断开连接（四次挥手）。
2. 可靠性：通过确认机制、重传机制、校验和等确保数据可靠传输。
3. 有序性：数据按发送顺序到达接收端。
4. 流量控制：通过滑动窗口机制控制发送方的发送速率。
5. 拥塞控制：通过拥塞窗口机制避免网络拥塞。

---

TCP 的三次握手

三次握手（Three-way Handshake） 是指 TCP 建立连接时，确保客户端和服务器双方都能正常发送和接收数据。

三次握手的过程：

1. 第一次握手（SYN）：

   • 客户端向服务器发送一个 SYN 报文（SYN=1，seq=x），并指明客户端的初始化序列号，表示请求建立连接。
   • 客户端进入 SYN_SENT 状态。
   • 服务器确认了客户端发送能力和服务器端接收能力。

2. 第二次握手（SYN + ACK）：

   • 服务器收到 SYN 报文后，向客户端发送一个 SYN + ACK 报文（SYN=1，ACK=1，seq=y，ack=x+1），表示同意建立连接。
   • 服务器进入 SYN_RECEIVED 状态。
   • 客户端确认了双方发送和接收能力，服务器无法确认客户端接收能力。

3. 第三次握手（ACK）：

   • 客户端收到 SYN + ACK 报文后，向服务器发送一个 ACK 报文（ACK=1，seq=x+1，ack=y+1），表示确认连接已建立。
   • 客户端和服务器都进入 ESTABLISHED 状态，连接建立成功。
   • 服务器确认了客户端接收能力。

三次握手的作用：

• 确认双方的发送和接收能力：通过三次握手，客户端和服务器都能确认对方的发送和接收能力正常。
• 确保数据有序传输：通过交换初始序列号（seq），确保数据有序传输。

---

TCP 的四次挥手

四次挥手（Four-way Handshake） 是 TCP 断开连接的过程，确保客户端和服务器双方都能正常关闭连接。

四次挥手的过程：

1. 第一次挥手（FIN）：

   • 客户端向服务器发送一个 FIN 报文（FIN=1，seq=u），表示请求关闭连接。
   • 客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。

2. 第二次挥手（ACK）：

   • 服务器收到 FIN 报文后，向客户端发送一个 ACK 报文（ACK=1，seq=v，ack=u+1），表示确认收到关闭请求。
   • 服务器进入 CLOSE_WAIT 状态，客户端进入 FIN_WAIT_2 状态。

3. 第三次挥手（FIN）：

   • 服务器完成数据发送后，向客户端发送一个 FIN 报文（FIN=1，seq=w，ack=u+1），表示请求关闭连接。
   • 服务器进入 LAST_ACK 状态。

4. 第四次挥手（ACK）：

   • 客户端收到 FIN 报文后，向服务器发送一个 ACK 报文（ACK=1，seq=u+1，ack=w+1），表示确认收到关闭请求。
   • 客户端进入 TIME_WAIT 状态，等待 2MSL（Maximum Segment Lifetime）后关闭连接。
   • 服务器收到 ACK 报文后，立即关闭连接。

四次挥手的作用：

• 确保数据完整传输：通过四次挥手，确保双方都能完成数据的发送和接收。
• 防止旧连接的报文干扰：通过 TIME_WAIT 状态，防止旧连接的报文干扰新连接。

---

为什么需要三次握手和四次挥手？

三次握手的原因：

• 确认双方的发送和接收能力：通过两次握手，客户端能确认双方的发送和接收能力正常，服务器端无法确认客户端的接收能力是否正常。
• 防止旧的重复连接初始化造成混乱：如果客户端发送的 SYN 报文因网络延迟而重复到达服务器，服务器可以通过三次握手确认连接的时效性。
• 同步初始序列号，确保数据有序传输：通过三次握手，双方可以同步初始序列号，确保数据有序传输。

四次挥手的原因：

• 确保数据完整传输：服务器可能还有未发送完的数据，需要先发送 ACK 确认关闭请求，再发送 FIN 报文请求关闭连接。
• 防止旧连接的报文干扰：通过 TIME_WAIT 状态，防止旧连接的报文干扰新连接。

---

TCP 的状态转换

建立连接时的状态转换：

1. 客户端：CLOSED -> SYN_SENT -> ESTABLISHED
2. 服务器：CLOSED -> LISTEN -> SYN_RECEIVED -> ESTABLISHED

释放连接时的状态转换：

1. 客户端：ESTABLISHED -> FIN_WAIT_1 -> FIN_WAIT_2 -> TIME_WAIT -> CLOSED
2. 服务器：ESTABLISHED -> CLOSE_WAIT -> LAST_ACK -> CLOSED

---

总结

• TCP 是一种可靠的、面向连接的传输层协议。
• 三次握手：用于建立连接，确保双方的发送和接收能力正常。
• 四次挥手：用于断开连接，确保数据完整传输并防止旧连接的报文干扰。
• 三次握手和四次挥手的作用：确保连接的可靠性和数据的完整性。