【HTTP原理】TCP/IP三次握手和四次挥手

HTTP连接

HTTP协议即超文本传送协议（Hypertext Transfer Protocol），是web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，http协议是建立在TCP协议之上的一种应用。
HTTP连接最显著的特点是客户每次发送的请求都需要服务器端回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

• 在HTTP 1.0中，客户端的每次请求都要建立一次单独的连接，在处理完本次请求后，就自动释放连接。

• 在HTTP 1.1中可以在一次连接中处理多个请求，并且多个请求可以重叠进行，不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。

  由于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接，因此HTPP连接是一种“短连接”，要保持客户端程序的在线状态，需要不断的向服务器发起连接请求。通常的做法是即使不需要获取任何数据，客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求，服务器在收到该请求后对客户端进行回复，表明知道客户端在线。若服务器长时间无法收到客户端的请求，则认为客户端已下线，若客户端长时间无法收到服务器的回复，则认为网络已经断开。

TCP特性

• TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。
• 在一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信。TCP不能用于广播和多播。
• TCP使用校验和、确认和重传机制来保证传输的可靠性。
• TCP给数据分节进行排序，并使用累积确认保证数据的顺序不变和非重复。
• TCP使用滑动窗口机制来实现流量控制，通过动态改变窗口的大小进行拥塞控制。

TCP协议如何保证传输的可靠性

• 确认和重传：接收方收到报文就会确认，发送方发送一段时间后没有收到确认就会重传。
• 数据校验：TCP报文头有检验和，用于校验报文是否损坏。
• 数据合理分片和排序：TCP会按最大传输单元（MTU）合理分片，接收方会缓存未按序到达的数据，重新排序后交给应用。
• 流量控制：当接收方来不及处理发送方的数据，能通过滑动窗口，提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。
• 拥塞控制：当网络拥塞时，通过拥塞窗口，减少数据的发送，防止包丢失。

三次握手

建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器端总共发送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，交换TCP窗口大小信息。在socket编程中，客户端执行connect()时将触发三次握手。

• 第一次握手（SYN=1，seq=x）：
  客户端发送一个TCP的SYN标志位置1的包，指明客户端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（SYN=1，ACK=1，seq=y，ACKnum=x+1）：
  服务器发回确认包（ACK）应答。即SYN标志位和ACK标志位均为1。服务器端选择自己的ISN序列号，放在seq域里，同时将确认序号（Acknowledgement Number）设置为客户的ISN加1，即X+1。发送完毕后，服务器端进入SYN_RCVD状态。

• 第三次握手（ACK=1，ACKnum=y+1）：
  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。
  发送完毕后，客户端进入ESTABLISHED状态，当服务器端收到这个包时，也进入ESTABLISHED状态，TCP握手结束，TCP连接建立完成。

• 三次握手过程图：
  

四次挥手

释放一个TCP连接，需要客户端和服务器总共发送4个包。客户端和服务器端均可主动发起挥手动作。在socket编程中，任何一方执行close()操作即可产生挥手操作。

• 第一次挥手（FIN=1，seq=x）：
  假设客户端想要关闭连接，客户端发送一个FIN标志位置为1的包，表示自己已经没有数据可以发送了，但是仍然可以接收数据。
  发送完毕之后，客户端进入FIN_WAIT_1状态。

• 第二次挥手（ACK=1，ACKnum=x+1）：
  服务器端确认客户端的FIN包，发送一个确认包，表明自己接收到了客户端关闭连接的请求，但还没有准备好关闭连接。
  发送完毕后，服务器端进入CLOSE_WAIT状态，客户端接收到这个确认包之后进入FIN_WAIT_2状态，等待服务器端关闭连接。

• 第三次挥手（FIN=1，seq=y）：
  服务器端准备好关闭连接时，向客户端发送结束连接请求，FIN置为1。
  发送完毕后，服务器端进入LAST_ACK状态，等待来自客户端的最后一个ACK。

• 第四次挥手（ACK=1，ACKnum=y+1）：
  客户端接收到来自服务器的端的关闭请求，发送一个确认包，并进入TIME_WAIT状态，等待可能出现的要重传的ACK包。
  服务器端接收到这个确认包之后，关闭连接，进入CLOSED状态。
  客户端等待了某个固定时间（两个最大段生命周期，2MSL，2Maximum Segment Lifetime）之后，没有收到服务器端的ACK，认为服务器端已经正常关闭连接，于是自己也关闭连接，进入CLOSED状态。

• 四次挥手过程图：