用戀愛的方式解釋TCP的三次握手和四次揮手

前言

今天的分享，是關(guān)于前兩天讀到的心得，TCP建立連接時三次握手，斷開時為何4次握手的自我理解：

戀愛時

連接時客戶端說：SYN（約嗎？）

服務器說：SYNACK（約啊，一起）

接著客戶端說：ACK（好的）

熱戀時

傳輸了n個字節(jié)的數(shù)據(jù)之后，開始分手流程

分手時

客戶端說：FIN（分手了啦?。?/p>

接著服務器說：ACK（分就分啦！）

服務器接著又說：FIN（記住是我先分的）

客戶端說：ACK（OK?。?/p>

現(xiàn)在來說明為何分手要4次

因為連接時，調(diào)用socket的connect函數(shù)發(fā)送SYN包，而服務器端只是accept一下，就一次發(fā)送了SYN和ACK標志位，而到了斷開連接時大家都要調(diào)用各自的close函數(shù)結(jié)束這段socket（騷）戀情，所以兩次close分別觸發(fā)了兩次FIN包，導致沒有和ACK合并為一個包，所以握手3次，分手要4次。

下面來正經(jīng)的，TCP/IP協(xié)議三次握手與四次握手流程解析。

TCP報文格式

TCP/IP協(xié)議的詳細信息參看《TCP/IP協(xié)議詳解》三卷本。下面是TCP報文格式圖：

上圖中有幾個字段需要重點介紹下：
（1）序號：Seq序號，占32位，用來標識從TCP源端向目的端發(fā)送的字節(jié)流，發(fā)起方發(fā)送數(shù)據(jù)時對此進行標記。
（2）確認序號：Ack序號，占32位，只有ACK標志位為1時，確認序號字段才有效，Ack=Seq+1。
（3）標志位：共6個，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具體含義如下：

URG：緊急指針（urgent pointer）有效。

ACK：確認序號有效。

PSH：接收方應該盡快將這個報文交給應用層。

RST：重置連接。

SYN：發(fā)起一個新連接。

FIN：釋放一個連接。

需要注意的是：

不要將確認序號Ack與標志位中的ACK搞混了。

確認方Ack=發(fā)起方Req+1，兩端配對。

三次握手

所謂三次握手（Three-Way Handshake）即建立TCP連接，就是指建立一個TCP連接時，需要客戶端和服務端總共發(fā)送3個包以確認連接的建立。在socket編程中，這一過程由客戶端執(zhí)行connect來觸發(fā)，整個流程如下圖所示：

（1）第一次握手：Client將標志位SYN置為1，隨機產(chǎn)生一個值seq=J，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Server，Client進入SYN_SENT狀態(tài)，等待Server確認。
（2）第二次握手：Server收到數(shù)據(jù)包后由標志位SYN=1知道Client請求建立連接，Server將標志位SYN和ACK都置為1，ack=J+1，隨機產(chǎn)生一個值seq=K，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Client以確認連接請求，Server進入SYN_RCVD狀態(tài)。
（3）第三次握手：Client收到確認后，檢查ack是否為J+1，ACK是否為1，如果正確則將標志位ACK置為1，ack=K+1，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Server，Server檢查ack是否為K+1，ACK是否為1，如果正確則連接建立成功，Client和Server進入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手，隨后Client與Server之間可以開始傳輸數(shù)據(jù)了。

四次揮手

三次握手耳熟能詳，四次揮手估計就，所謂四次揮手（Four-Way Wavehand）即終止TCP連接，就是指斷開一個TCP連接時，需要客戶端和服務端總共發(fā)送4個包以確認連接的斷開。在socket編程中，這一過程由客戶端或服務端任一方執(zhí)行close來觸發(fā)，整個流程如下圖所示：

由于TCP連接時全雙工的，因此，每個方向都必須要單獨進行關(guān)閉，這一原則是當一方完成數(shù)據(jù)發(fā)送任務后，發(fā)送一個FIN來終止這一方向的連接，收到一個FIN只是意味著這一方向上沒有數(shù)據(jù)流動了，即不會再收到數(shù)據(jù)了，但是在這個TCP連接上仍然能夠發(fā)送數(shù)據(jù)，直到這一方向也發(fā)送了FIN。首先進行關(guān)閉的一方將執(zhí)行主動關(guān)閉，而另一方則執(zhí)行被動關(guān)閉，上圖描述的即是如此。

（1）第一次揮手：Client發(fā)送一個FIN，用來關(guān)閉Client到Server的數(shù)據(jù)傳送，Client進入FIN_WAIT_1狀態(tài)。
（2）第二次揮手：Server收到FIN后，發(fā)送一個ACK給Client，確認序號為收到序號+1（與SYN相同，一個FIN占用一個序號），Server進入CLOSE_WAIT狀態(tài)。
（3）第三次揮手：Server發(fā)送一個FIN，用來關(guān)閉Server到Client的數(shù)據(jù)傳送，Server進入LAST_ACK狀態(tài)。
（4）第四次揮手：Client收到FIN后，Client進入TIME_WAIT狀態(tài)，接著發(fā)送一個ACK給Server，確認序號為收到序號+1，Server進入CLOSED狀態(tài)，完成四次揮手。

上面是一方主動關(guān)閉，另一方被動關(guān)閉的情況，實際中還會出現(xiàn)同時發(fā)起主動關(guān)閉的情況，具體流程如下圖：

流程和狀態(tài)在上圖中已經(jīng)很明了了，在此不再贅述，可以參考前面的四次揮手解析步驟。

思考？

關(guān)于三次握手與四次揮手通常都會有典型的面試題，在此提出供有需求的XDJM們參考：

（1）三次握手是什么或者流程？四次握手呢？答案前面分析就是。
（2）為什么建立連接是三次握手，而關(guān)閉連接卻是四次揮手呢？

這是因為服務端在LISTEN狀態(tài)下，收到建立連接請求的SYN報文后，把ACK和SYN放在一個報文里發(fā)送給客戶端。

而關(guān)閉連接時，當收到對方的FIN報文時，僅僅表示對方不再發(fā)送數(shù)據(jù)了但是還能接收數(shù)據(jù)，己方也未必全部數(shù)據(jù)都發(fā)送給對方了，所以己方可以立即close，也可以發(fā)送一些數(shù)據(jù)給對方后，再發(fā)送FIN報文給對方來表示同意現(xiàn)在關(guān)閉連接，因此，己方ACK和FIN一般都會分開發(fā)送。