TCP三次握手四次挥手

一、三次握手（Three-Way Handshake）

目的：建立 TCP 连接，同步初始序列号（ISN），协商窗口大小等参数。

1. 详细流程

客户端                      服务器  
  |                          |  
  |--- SYN（seq=x） -------->|  // 客户端向服务器发送 SYN 包（请求建立连接）  
  |                          |  
  |<-- SYN+ACK（seq=y, ack=x+1）---|  // 服务器响应 SYN+ACK 包（同意建立连接）  
  |                          |  
  |--- ACK（seq=x+1, ack=y+1） -->|  // 客户端确认，发送 ACK 包（连接建立完成）  

2. 关键点

• SYN 包：客户端随机生成初始序列号 x，标志位 SYN=1；
• SYN+ACK 包：服务器生成自己的初始序列号 y，并确认客户端的序列号（ack=x+1）；
• ACK 包：客户端确认服务器的序列号（ack=y+1），此时双方序列号偏移量均为 1。

3. 为什么需要三次握手？两次不行吗？

• 防止历史连接：若客户端发送的 SYN 包因网络延迟滞留，后续新连接建立后，旧 SYN 到达服务器会被识别为无效（序列号不匹配）；
• 同步初始序列号：双方需交换各自的初始序列号，确保后续数据按序传输；
• 可靠性验证：三次握手可验证双方发送和接收能力是否正常（客户端→服务器、服务器→客户端、客户端→服务器）。

二、四次挥手（Four-Way Handshake）

目的：关闭 TCP 连接，确保双方数据传输完毕。

1. 详细流程

客户端                      服务器  
  |                          |  
  |--- FIN（seq=u） -------->|  // 客户端请求关闭连接（发送 FIN 包）  
  |                          |  
  |<-- ACK（seq=v, ack=u+1）---|  // 服务器确认收到 FIN（进入 CLOSE_WAIT 状态）  
  |                          |  
  |<-- FIN（seq=w, ack=u+1）---|  // 服务器发送 FIN 包（请求关闭连接）  
  |                          |  
  |--- ACK（seq=u+1, ack=w+1） -->|  // 客户端确认 FIN（进入 TIME_WAIT 状态）  

2. 关键点

• FIN 包：表示请求关闭连接，发送方数据已发送完毕；
• CLOSE_WAIT 状态：服务器收到 FIN 后进入此状态，需等待上层应用确认关闭；
• TIME_WAIT 状态：客户端发送最后 ACK 后进入此状态，持续 2MSL（最大段生存时间），确保服务器收到 ACK（若服务器未收到会重发 FIN）。

3. 为什么需要四次挥手？

• 半关闭机制：TCP 连接是全双工的，需分别关闭发送和接收通道；
• FIN 与 ACK 分离：服务器收到客户端 FIN 后，可能仍有数据需发送，因此先 ACK 确认，再单独发送 FIN。

三、状态转换图（高频考点）

1. 三次握手状态变化

客户端：CLOSED → SYN_SENT → ESTABLISHED  
服务器：CLOSED → LISTEN → SYN_RCVD → ESTABLISHED  

2. 四次挥手状态变化

客户端：ESTABLISHED → FIN_WAIT_1 → FIN_WAIT_2 → TIME_WAIT → CLOSED  
服务器：ESTABLISHED → CLOSE_WAIT → LAST_ACK → CLOSED  

3. TIME_WAIT 状态的作用

• 确保最后一个 ACK 包被服务器收到（若丢失，服务器会重发 FIN）；
• 等待足够时间，让本次连接的所有数据包在网络中消失，防止干扰新连接。

四、问题

1. 问：为什么 TIME_WAIT 状态需要持续 2MSL？

答：

• MSL（Maximum Segment Lifetime）是数据包在网络中的最大生存时间；
• 2MSL 确保：
  1. 本次连接的所有数据包都已过期（若服务器重发 FIN，客户端可响应）；
  2. 新连接不会收到旧连接的残留数据包。

2. 问：TCP 连接建立后，客户端突然崩溃，服务器如何处理？

答：

• 服务器通过 TCP 保活机制（Keep-Alive） 检测连接状态：
  1. 若长时间无数据传输，服务器发送探测包；
  2. 若多次探测无响应，服务器关闭连接。

3. 问：SYN 洪泛攻击（SYN Flood）如何发生？如何防御？

答：

• 攻击原理：攻击者伪造大量 SYN 包，服务器响应 SYN+ACK 后无法收到 ACK，导致半连接队列占满，拒绝正常请求；
• 防御措施：
  • 增大半连接队列长度；
  • 启用 SYN Cookie（不缓存 SYN 状态，用算法生成 ACK 序列号）；
  • 限速过滤异常流量。

五、总结

三次握手：客户端发 SYN，服务器回 SYN+ACK，客户端再发 ACK；
四次挥手：客户端发 FIN，服务器 ACK，服务器发 FIN，客户端 ACK；
TIME_WAIT 等 2MSL，保活机制防崩溃，SYN Cookie 抗攻击。