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(shí)三次握手，斷開時(shí)為何4次握手的自我理解：

戀愛時(shí)

連接時(shí)客戶端說：SYN（約嗎？）

服務(wù)器說：SYNACK（約啊，一起）

接著客戶端說：ACK（好的）

熱戀時(shí)

傳輸了n個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)之后，開始分手流程

分手時(shí)

客戶端說：FIN（分手了啦?。?/p>

接著服務(wù)器說：ACK（分就分啦?。?/p>

服務(wù)器接著又說：FIN（記住是我先分的）

客戶端說：ACK（OK！）

現(xiàn)在來說明為何分手要4次

因?yàn)檫B接時(shí)，調(diào)用socket的connect函數(shù)發(fā)送SYN包，而服務(wù)器端只是accept一下，就一次發(fā)送了SYN和ACK標(biāo)志位，而到了斷開連接時(shí)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(dǎo)致沒有和ACK合并為一個(gè)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(bào)文格式

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

上圖中有幾個(gè)字段需要重點(diǎn)介紹下：
（1）序號：Seq序號，占32位，用來標(biāo)識(shí)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(shí)對此進(jìn)行標(biāo)記。
（2）確認(rèn)序號：Ack序號，占32位，只有ACK標(biāo)志位為1時(shí)，確認(rèn)序號字段才有效，Ack=Seq+1。
（3）標(biāo)志位：共6個(gè)，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(rèn)序號有效。

PSH：接收方應(yīng)該盡快將這個(gè)報(bào)文交給應(yīng)用層。

RST：重置連接。

SYN：發(fā)起一個(gè)新連接。

FIN：釋放一個(gè)連接。

需要注意的是：

不要將確認(rèn)序號Ack與標(biāo)志位中的ACK搞混了。

確認(rèn)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(gè)TCP連接時(shí)，需要客戶端和服務(wù)端總共發(fā)送3個(gè)包以確認(rèn)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(gè)流程如下圖所示：

（1）第一次握手：Client將標(biāo)志位SYN置為1，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)值seq=J，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Server，Client進(jìn)入SYN_SENT狀態(tài)，等待Server確認(rèn)。
（2）第二次握手：Server收到數(shù)據(jù)包后由標(biāo)志位SYN=1知道Client請求建立連接，Server將標(biāo)志位SYN和ACK都置為1，ack=J+1，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)值seq=K，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Client以確認(rèn)連接請求，Server進(jìn)入SYN_RCVD狀態(tài)。
（3）第三次握手：Client收到確認(rèn)后，檢查ack是否為J+1，ACK是否為1，如果正確則將標(biāo)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(jìn)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(jì)就，所謂四次揮手（Four-Way Wavehand）即終止TCP連接，就是指斷開一個(gè)TCP連接時(shí)，需要客戶端和服務(wù)端總共發(fā)送4個(gè)包以確認(rèn)連接的斷開。在socket編程中，這一過程由客戶端或服務(wù)端任一方執(zhí)行close來觸發(fā)，整個(gè)流程如下圖所示：

由于TCP連接時(shí)全雙工的，因此，每個(gè)方向都必須要單獨(dú)進(jìn)行關(guān)閉，這一原則是當(dāng)一方完成數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)后，發(fā)送一個(gè)FIN來終止這一方向的連接，收到一個(gè)FIN只是意味著這一方向上沒有數(shù)據(jù)流動(dòng)了，即不會(huì)再收到數(shù)據(jù)了，但是在這個(gè)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(jìn)行關(guān)閉的一方將執(zhí)行主動(dòng)關(guān)閉，而另一方則執(zhí)行被動(dòng)關(guān)閉，上圖描述的即是如此。

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

上面是一方主動(dòng)關(guān)閉，另一方被動(dòng)關(guān)閉的情況，實(shí)際中還會(huì)出現(xiàn)同時(shí)發(fā)起主動(dòng)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(huì)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?yàn)榉?wù)端在LISTEN狀態(tài)下，收到建立連接請求的SYN報(bào)文后，把ACK和SYN放在一個(gè)報(bào)文里發(fā)送給客戶端。

而關(guān)閉連接時(shí)，當(dāng)收到對方的FIN報(bào)文時(shí)，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(bào)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(huì)分開發(fā)送。