TCP通信-三次握手与四次挥手

TCP 通信过程

下图是一次 TCP 通讯的时序图。TCP 连接建立断开。包含大家熟知的三次握手和四次挥手。

在这个例子中，首先客户端主动发起连接、发送请求，然后服务器端响应请求，然后客户端主动关闭连接。两条竖线表示通讯的两端，从上到下表示时间的先后顺序。注意，数据从一端传到网络的另一端也需要时间，所以图中的箭头都是斜的。

TCP 状态

在TCP层，有个FLAGS字段，这个字段有以下几个标识：SYN, FIN, ACK, PSH, RST, URG.

其中，对于我们日常的分析有用的就是前面的五个字段。它们的含义是：

SYN 表示建立连接，
FIN 表示关闭连接，
ACK 表示响应，
PSH 表示有 DATA 数据传输，
RST 表示连接重置。

三次握手

所谓三次握手（Three-Way Handshake）即建立 TCP 连接，就是指建立一个 TCP 连接时，需要客户端和服务端总共发送 3 个包以确认连接的建立。好比两个人在打电话：

Client:“喂，你听得到吗？”

Server:“我听得到，你听得到我吗？”

Client:“我能听到你，今天 balabala…”

建立连接（三次握手）的过程：

客户端发送一个带 SYN 标志的 TCP 报文到服务器。这是上图中三次握手过程中的段 1。客户端发出 SYN 位表示连接请求。序号是 1000，这个序号在网络通讯中用作临时的地址，每发一个数据字节，这个序号要加 1，这样在接收端可以根据序号排出数据包的正确顺序，也可以发现丢包的情况。

另外，规定 SYN 位和 FIN 位也要占一个序号，这次虽然没发数据，但是由于发了 SYN 位，因此下次再发送应该用序号 1001。

mss 表示最大段尺寸，如果一个段太大，封装成帧后超过了链路层的最大长度，就必须在 IP 层分片，为了避免这种情况，客户端声明自己的最大段尺寸，建议服务器端发来的段不要超过这个长度。
服务器端回应客户端，是三次握手中的第 2 个报文段，同时带 ACK 标志和 SYN 标志。表示对刚才客户端 SYN 的回应；同时又发送 SYN 给客户端，询问客户端是否准备好进行数据通讯。

服务器发出段 2，也带有 SYN 位，同时置 ACK 位表示确认，确认序号是 1001，表示 “我接收到序号 1000 及其以前所有的段，请你下次发送序号为 1001 的段”，也就是应答了客户端的连接请求，同时也给客户端发出一个连接请求，同时声明最大尺寸为 1024。
客户必须再次回应服务器端一个 ACK 报文，这是报文段 3。

客户端发出段 3，对服务器的连接请求进行应答，确认序号是 8001。在这个过程中，客户端和服务器分别给对方发了连接请求，也应答了对方的连接请求，其中服务器的请求和应答在一个段中发出。

因此一共有三个段用于建立连接，称为 “三方握手”。在建立连接的同时，双方协商了一些信息，例如，双方发送序号的初始值、最大段尺寸等。

数据传输的过程：
- 客户端发出段 4，包含从序号 1001 开始的 20 个字节数据。
- 服务器发出段 5，确认序号为 1021，对序号为 1001-1020 的数据表示确认收到，同时请求发送序号 1021 开始的数据，服务器在应答的同时也向客户端发送从序号 8001 开始的 10 个字节数据。
- 客户端发出段 6，对服务器发来的序号为 8001-8010 的数据表示确认收到，请求发送序号 8011 开始的数据。在数据传输过程中，ACK 和确认序号是非常重要的，应用程序交给 TCP 协议发送的数据会暂存在 TCP 层的发送缓冲区中，发出数据包给对方之后，只有收到对方应答的 ACK 段才知道该数据包确实发到了对方，可以从发送缓冲区中释放掉了，如果因为网络故障丢失了数据包或者丢失了对方发回的 ACK 段，经过等待超时后 TCP 协议自动将发送缓冲区中的数据包重发。

四次挥手

所谓四次挥手（Four-Way-Wavehand）即终止 TCP 连接，就是指断开一个 TCP 连接时，需要客户端和服务端总共发送 4 个包以确认连接的断开。在 socket 编程中，这一过程由客户端或服务器任一方执行 close 来触发。好比两个人打完电话要挂断：

Client:“我要说的事情都说完了，我没事了。挂啦？”

Server:“等下，我还有一个事儿。Balabala…”

Server:“好了，我没事儿了。挂了啊。”

Client:“ok！拜拜”

关闭连接（四次握手）的过程：

由于 TCP 连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个 FIN 来终止这个方向的连接。收到一个 FIN 只意味着这一方向上没有数据流动，一个 TCP 连接在收到一个 FIN 后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。