【网络】详解TCP协议的“三次握手”/“四次挥手“

一. TCP协议段格式

要实现“三次握手”这样的机制，主要依赖于6个标志位中的SYN（synchronize）、ACK（acknowledge）、FIN（finish）。

二. 三次握手

1.基本模型

所谓的“三次握手”就是让通信双方建立连接的过程（TCP有连接的特性），客户端为主动的一方，“三次握手”中的第一次交互一般是由客户端发起的。

1. SYN报文
   SYN报文呢就是一个特殊的TCP数据段，没有载荷，六位标志位中的SYN为1，表示想要与对方建立连接。
2. ACK报文
   ACK报文也是一个特殊的TCP数据段，没有载荷，六位标志位中的ACK为1，即应答报文。

建立连接的过程就是通信双方各自给对方发送一个SYN报文，各自给对方回应一个ACK报文。
由于中间服务器返回的ACK报文和SYN报文可以合并，故称为三次握手。（这主要是由于这两个报文都由系统内核控制发出，而且合并只需要ACK位和SYN位同时为1，不会发生冲突）
合并后的模型为：

2.状态转换

这里主要关注服务器在没有收到SYN报文时的LISTEN状态，以及建立连接后服务器/客户端的ESTABLISHED状态。

3.“三次握手”的意义

1. 针对通信路径，进行“投石问路”，初步确认通信链路是否畅通。[关注点在中间过程]
2. 验证通信双方的发送能力和接收能力是否正常。[关注点在两端]
   服务端和客户端分别需要确认四个信息：即为自己的接收能力和发送能力是否正常，对方的接受能力和发送能力是否正常。（一定注意是分别）
   
   三次握手恰好完成了通信双方确认这四个信息的需求（两次不够，四次多余）。
3. 协商一些必要的参数
   比如说通信序号的起始值，TCP在一次通信过程中，序号不是从 0/1 开始的，而是选一个比较大的数字，以这个数字开头。即使是同一个客户端/服务器，开始的序号也大不相同。
   ==这主要是为了防止“前朝的剑斩本朝的官”。==由于互联网上经常存在“后发先至/先发后至”的情况，就存在一种情况：
   
   即上一次连接时发送的数据在新一次连接时才到达（客户端端口号虽然大概率不一样，但服务器的端口号大概率是一样的）。那这样的数据显然是应该被丢弃掉的。那如何判断出来这是上一次连接，通过序号来判断，两次连接的起始序号差别很大，通过序号很容易判断出这是不是本次连接的数据。
   再比如说滑动窗口的大小，也能由这个信息返回。

三. 四次挥手

1.基本模型

所谓的“四次挥手”就是让通信双方断开连接的过程。对于断开连接，客户端和服务端都可以成为主动发起的一方。

"四次挥手"并不像“三次握手”一样一定会将中间两个报文段合并，这主要是由于ACK报文段是由系统内核控制的，而FIN报文段是我们在调用socket.close()的时候触发的。但考虑到TCP具有延时应答和捎带应答的特征，这两个报文段有时候也可以合并。

2.状态转换

这里要注意TIME_WAIT状态，即主动要求关闭连接的一方在发送完FIN报文段并接收到ACK报文段后不会立即关闭，而是要进入TIME_WAIT状态（2MSL时间，MSL是TCP报文的最大生存时间），等待对方发送FIN报文段。

1. 这样的设计考虑主要是为了防止最后一个ACK报文的丢失。
2. 其次还会用于丢弃一些迟到的数据包。