TCP的三次握手和四次挥手详解

本文最后更新于：January 31, 2022 am

TCP

基本特点

面向连接的可靠字节流服务。

建立连接——三次握手

TCP建立连接时，需要经历下图所示的三次握手过程。

三次握手

每一次握手都可以反映出不同的信息。

第一次握手

SYN标志提示TCP连接的服务端检查序列编号(seq)，该序列编号为TCP连接初始端(一般是客户端)的初始序列编号。客户端通过SYN=1来告诉服务端它想要建立连接。SYN=1的报文段不携带数据，但是也要消耗一个序号。

seq是基于时钟生成一个序号，每4微秒加1，到2^32-1时又从0开始。tcp提供全双工服务，客户端和服务端都有各自的序号。编号是为了解决网络包乱序的问题。

第一次握手成功后，服务器可以知道客户端的发送能力是正常的，服务器自己的接收能力是正常的。

第二次握手

服务端用SYN=1和ACK=1来表示这条数据报是针对之前的连接请求的应答。

ack=m+1表示服务端已经收到了到m为止的报文，期待的下一个报文是m+1。

第二次握手成功后，客户端知道了服务端的接收和发送能力正常，客户端自己的接收和发送能力是正常的。

第三次握手

客户端发送确认包(ACK=1)进行应答，ack=n+1表示n为止的序号都收到了，下一次希望收到序号是n+1的报文。

seq=m+1表示当前序号时m+1，需要注意的是，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。所以下一个报文的序号还是m+1。

服务端检查ack的值以及ACK=1，接收成功，第三次握手完成。

这时，因为收到了正确的回传，说明第二次握手的信息客户端正确接收了，所以服务端知道了客户端的接收能力是正常的，同时也说明了服务器自己的发送能力是正常的。

至此，客户端和服务端都确定了自己和对方的发送、接收都是正常了，tcp连接建立完成。

问题：建立连接为什么一定要3次握手？两次可以吗

不可以。

  • 三次握手才可以阻止重复历史连接的初始化（主要原因）
  • 三次握手才可以同步双方的初始序列号
  • 三次握手才可以避免资源浪费

阻止历史连接

客户端连续发送多次 SYN 建立连接的报文，在网络拥堵等情况下：

  • 一个「旧 SYN 报文」比「最新的 SYN 」 报文早到达了服务端；
  • 那么此时服务端就会回一个 SYN + ACK 报文给客户端；
  • 客户端收到后可以根据自身的上下文，判断这是一个历史连接序列号过期或超时），那么客户端就会发送 RST 报文给服务端，表示中止这一次连接。

如果是两次握手，服务端在收到第一次握手时，就进入了连接状态，假设这次是历史连接，客户端判断到此次连接为历史连接，那么就会回 RST 报文来断开连接，而服务段在第一次握手的时候就进入 ESTABLISHED 状态，在向客户端发送数据前，并没有阻止掉历史连接，导致服务端建立了一个历史连接，又白白发送了数据，浪费资源。

断开连接——四次挥手

TCP 是全双工 的， 每个方向必须单独地进行关闭。断开连接时需要进行4次握手。

tcp四次挥手

第一次挥手

FIN=1表示要关闭连接，seq=x是当前报文序号。这次挥手表示客户端已经没有数据要发送了，想要断开连接。客户机进入终止等待1。

第二次挥手

服务端收到第一次挥手的报文后，通知上层应用程序对方已经请求断开连接，并且回复给客户端一个ACK确认报文。服务器进入关闭等待状态，此时，服务器还可以继续发送那些尚未发送完成的数据，客户端也可以接收。客户端收到确认报文后进入终止等待2。

第三次挥手

服务器发送完所有的数据后，发送一个FIN=1的报文表示自己可以断开连接了。因为第二次挥手后，服务器有可能又发送了一些数据，所以此时的seq是一个新的序列号z。服务器进入最终确认阶段。

第四次挥手

客户端收到服务器的FIN报文后，恢复一个ACK确认报文，服务器接到这个确认报文后直接关闭连接。而客户端在发出FIN报文后先是进入时间等待状态，经过**2MSL **(两倍的报文段最大存活时间，常用值有30秒、1分钟和2分钟) 的时间后，客户端也进入关闭状态。

至此，tcp连接关闭。

问题：为什么建立连接时3次握手就可以，而关闭时需要4次？

建立连接时，服务端收到第一次握手SYN请求后可以直接回复一个SYN+ACK报文，一方面确认了自己收到了客户端的连接请求，另一方面也表明自己也同意连接。

然而，关闭连接时，服务端收到客户端的FIN报文时，可能还有数据没有发送完，服务端不能立刻停止连接，它只能先发送一个确认报文给客户端。等到服务端的数据都发完了，才能向客户端发送FIN报文。所以需要4次握手。

问题：为什么要有2MSL的时间等待？

因为网络可能不稳定，导致第4次握手的ACK报文迟迟没有被服务器收到，服务器会一直超时重传FIN报文，如何客户端已经关闭，就无法处理了。所以客户端在送出第4次挥手的报文后，会等待一段时间，这段时间内没收到FIN报文，说明服务器已经收到了确认报文，客户端就可以关闭了。至于为什么时间设置成2MSL，可以这样理解：

1、如果客户机发送的第3次挥手报文不能顺利到达服务器，那么服务器那边等待的时间不可能比MSL更长，所以在一个MSL的时间内，服务器一定会重传一个FIN报文。

2、这个FIN报文最多存活MSL的时间，也就是说客户端一定会在一个MSL的时间内收到这个报文。

上面两个步骤加在一起，客户端最多等2MSL的时间，就可以确定能否关闭连接了。

参考文章

https://segmentfault.com/a/1190000022410446

https://zhuanlan.zhihu.com/p/40013850

https://juejin.cn/post/6844903685563105293

https://www.zhihu.com/question/271701044/answer/1279809269