Linux网络编程（三）—— TCP三次握手、四次挥手详解（图）

三次握手建立连接

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TCP 发送数据之前要先建立连接（三次握手）
所谓三次握手(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.在socket编程中，客户端执行connect()时。将触发三次握手。
两台主机，服务器（server）和客户机（client）

过程：

• 第一次握手： client将SYN位置1，随机产生一个值seq=x，并将该数据包发送给server，client进入SYN_SEND状态，等待server确认；
  client告诉server两件事
  ①我想要和你通信
  ②你可以用哪个序列号作为起始数据段来回应我

• 第二次握手： server在收到包含SYN的报文之后，由于SYN位被值置1，知道client请求建立连接，server将SYN,ACK都置1，ack=x+1，随机产生一个值seq=y，并将该报文发送给client,server进入SYN_REVC状态；
  server告诉client两件事:
  ①我已经收到你的请求了,你可以传输数据了;
  ②你要用哪种序列号作为起始数据段来回应我

• 第三次握手： client在收到server的SYN+ACK的报文之后，先检查ack是否为x+1，ACK是否为1，如果正确，就将ACK置为1，ack=y+1，并将报文发送给server，server会检查报文中的ACK是否为1，ack是否等于y+1，如果正确，client和server进入到ESTABLISHED状态，TCP连接建立。
  3次握手的特点
  ①没有应用层的数据
  ②SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1
  ③握手完成后SYN标志位被置0

三次握手过程中client和server的状态

发送方	接收方	报文	数据包	client状态	server状态	意义
client	server	SYN确认报文	SYN=1,seq=x	SYN_SEND		客户端请求发起连接, 等待服务器确认请求
server	client	SYN+ACK确认+同步报文	SYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x+1		SYN_RECV	服务器确认客户端的请求
client	server	ACK确认报文	ACK=1,ack=y+1,seq=x+1	ESTABLISHED	ESTABLISHED	客户端确认, 连接完成

四次挥手关闭连接

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• 第一次挥手： client发送FIN报文（FIN=1,seq=u），表示client端发起中断连接请求，也就是发送FIN报文，发送完毕后client进入FIN_WAIT_1状态
• 第一次挥手： server收到FIN报文后，如果还有数据没有发送完成，则不必急着关闭Socket，可以继续发送数据。所以先回复ACK报文（ACK=1,seq=v,ack=u+1），发送完毕后server进入CLOSE_WAIT状态
• 第一次挥手： server端确定数据已发送完成，则向client端发送FIN报文（FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u+1），表示它要关闭TCP连接，发送完毕后进入LAST_ACK状态
• 第一次挥手： client收到FIN信号后，进入TIME_WAIT(倒计时)状态，接着发送一个ACK报文（FIN=1,ACK=1,seq=u+1,ack=w+1）给server。server收到该ACK后自行关闭，同时client超时后也关闭。连接关闭后，双方所有的资源都会被释放。

四次挥手过程中client和server的状态

发送方	接收方	报文	数据包	client状态	server状态	意义
client	server	FIN	FIN=1,seq=u	FIN_WAIT_1		客户端 发起中断连接请求
server	client	ACK	SYN=1,ACK=1,seq=v,ack=u+1	FIN_WAIT_2	CLOSE_WAIT	Client端就进入FIN_WAIT_2状态，继续等待Server端的FIN报文
server	client	FIN	FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u+1		LAST_ACK	服务器数据发完了，准备好关闭连接了
client	server	ACK	FIN=1,ACK=1,seq=u+1,ack=w+1	TIME_WAIT		可以断开连接

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为什么建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？

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。
总结：因为server端的FIN和ACK是分开发送的。

三次握手和四次挥手的过程中，client和server的状态变化

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client

server

状态	描述
CLOSED	关闭状态，没有连接活动或正在进行
LISTEN	监听状态，服务器正在等待连接进入
SYN RCVD	收到一个连接请求，尚未确认
SYN SENT	已经发出连接请求，等待确认
ESTABLISHED	连接建立，正常数据传输状态
FIN WAIT 1	（主动关闭）已经发送关闭请求，等待确认
FIN WAIT 2	（主动关闭）收到对方关闭确认，等待对方关闭请求
TIMED WAIT	完成双向关闭，等待所有分组死掉
CLOSING	双方同时尝试关闭，等待对方确认
CLOSE WAIT	（被动关闭）收到对方关闭请求，已经确认
LAST ACK	（被动关闭）等待最后一个关闭确认，并等待所有分组死掉