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之前總有是有面試官喜歡問，你知道什么是三次握手么?什么是四次揮手么?為什么握手需要三次，揮手需要四次呢?今天我們就來詳細的聊一下這個。

1.什么是TCP

TCP協(xié)議，簡單稱呼一下的話，那就是傳輸控制協(xié)議，為什么這么稱呼它呢，因為這個協(xié)議就是用來對數(shù)據(jù)的傳輸進行控制的一個協(xié)議，這個大家肯定也都是沒有異議的。

TCP有時候你會在很多書中看它們稱之為“套接字”，其實這就是翻譯，在原著中的意思可能就是 a place on a surface or machine with holes for connecting a piece of electrical equipment.,然后經(jīng)過翻譯的手，翻譯過來就是套接字的意思，其實大家心里清楚就行，問這個的幾乎不怎么存在。所以大家就是知道就可以了。

我們也都知道網(wǎng)絡協(xié)議是分層的，7層(5層)，可以分為不標準的7層，也可以分為標準的五層(也有人說是4層，區(qū)別不大，就少了一個物理層面)，實際上這個標準阿粉個人感覺還是籠統(tǒng)的和細微的差別就像這個圖。

而這個分層的概念則是不同的，如果說你是按照OSI七層模型結(jié)構(gòu)體來分，那就是7層，如果是按照TCP/IP，那么就是4層。在這里的TCP，就是在我們的數(shù)據(jù)傳輸層里面，因為畢竟阿粉之前就說了，傳輸控制協(xié)議嘛。

2.TCP協(xié)議的報文

而在TCP/IP的分層中，就算是數(shù)據(jù)傳輸層，那也是有著不是TCP協(xié)議的存在的，比如說還有UDP，就像下圖。

TCP和UDP是兩種最為著名的運輸層協(xié)議，二者都使用IP作為網(wǎng)絡層協(xié)議。

盡管TCP使用的是不可靠的IP服務，但是它提供的傳輸層服務，卻是更加可靠的。

那么我們就先來看看這個TCP協(xié)議的報頭是什么樣子的，把抽象的東西具體化一點，才能更加的加深理解。

TCP數(shù)據(jù)被封裝在一個IP數(shù)據(jù)報中，就像上圖所示，而我們需要分析的，就是其中的TCP數(shù)據(jù)報中。

每個TCP段都包含源端和目的端的端口號，用于尋找發(fā)端和收端應用進程。這兩個值加上IP首部中的源端IP地址和目的端IP地址唯一確定一個TCP連接。

這個時候我們就得來看看里面都有些什么東西了，

• 16位源端口號和16位目的端口號：其實就相當于是一個插口，也可以稱之為數(shù)據(jù)的來源進程和目的進程
• 32位序號：序號用來標識從T C P發(fā)端向TCP收端發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)流，它表示在這個報文段中的的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)
• 4位首部長度：表示該tcp報頭有多少個4字節(jié)(32個bit)
• 6位標志位：這個是重頭戲

U R G 緊急指針有效

A C K 確認序號有效

P S H 接收方應該盡快將這個報文段交給應用層

R S T 重建連接

S Y N 同步序號用來發(fā)起一個連接。這個標志和下一個標志將在第 1 8章介紹

F I N 發(fā)端完成發(fā)送任務

• 16位窗口大小：窗口大小為字節(jié)數(shù)，起始于確認序號字段指明的值，這個值是接收端正期望接收的字節(jié)。
• 16位緊急指針：主要是看什么數(shù)據(jù)是緊急的
• 16位檢驗和：16位檢驗和覆蓋了整個的TCP報文段：TCP首部和TCP數(shù)據(jù)。這是一個強制性的字段，一定是由發(fā)端計算和存儲，并由收端進行驗證。

3.TCP的三次握手連接是什么樣子的

既然我們文章要說的是TCP的三次握手，和四次揮手，那么肯定是說的連接，也不是說的其他的。那么它這個連接的過程說的是什么呢?

我們還是從圖中理解，這樣比較好理解，

• TCP第一次握手：服務端的TCP進程先創(chuàng)建傳輸控制塊TCB，準備接受客戶端進程的連接請求，然后服務端進程處于LISTEN狀態(tài)，等待客戶端的連接請求，向服務端發(fā)出連接請求報文段，該報文段首部中的SYN=1，ACK=0，同時選擇一個初始序號 seq=i。TCP規(guī)定，SYN=1的報文段不能攜帶數(shù)據(jù)，但要消耗掉一個序號。這時，TCP客戶進程進入SYN—SENT(同步已發(fā)送)狀態(tài)。

簡單的來說SYN—SENT狀態(tài)，同步已發(fā)送狀態(tài)，這是第一次握手的時候的狀態(tài)。

• TCP第二次握手：服務端收到客戶端發(fā)來的請求報文后，如果同意建立連接，則向客戶端發(fā)送確認。確認報文中的SYN=1，ACK=1，確認號ack=i+1，同時為自己 選擇一個初始序號seq=j。同樣該報文段也是SYN=1的報文段，不能攜帶數(shù)據(jù)，但同樣要消耗掉一個序號。這時，TCP服務端進入SYN—RCVD(同步收到)狀態(tài)

這個第二次握手就會進入到同步收到狀態(tài)。

• TCP第三次握手：客戶端進入ESTABLISHED(已建立連接)狀態(tài)，TCP客戶端進程收到服務端進程的確認后，還要向服務端給出確認。確認報文段的ACK=1，確認號ack=j+1，而自己的序號為seq=i+1。TCP的標準規(guī)定，ACK報文段可以攜帶數(shù)據(jù)，但如果不攜帶數(shù)據(jù)則不消耗序號，因此，如果不攜帶數(shù)據(jù)，則下一個報文段的序號仍為seq=i+1。

而當?shù)谌挝帐诌B接完成的時候，已經(jīng)標志了現(xiàn)在是已經(jīng)完全的建立了連接，而這個時候就可以進行數(shù)據(jù)傳遞了。

有時候就有人會問了，為什么是三次握手而不是兩次，也不是四五次呢?一般情況下問這種問題的都會是面試官，如果你在面試過程中已經(jīng)把這個三次握手說完了之后，他有時候就會問這種問題，讓你談談你自己的理解，那么為什么呢?

在RFC 793 指出的 TCP 連接使用三次握手的首要原因：he principle reason for the three-way handshake is to prevent old duplicate connection initiations from causing confusion.

翻譯過來就是三次握手的主要原因是防止舊的重復連接啟動引起混淆。

也就是說，如果客戶端連續(xù)發(fā)出多個SYN建立連接的報文的話，在網(wǎng)絡擁堵的情況就會出現(xiàn)，一個「舊 SYN 報文」比「最新的 SYN 」 報文早到達了服務端，那么此時服務端就會回一個 SYN + ACK 報文給客戶端，客戶端收到后可以根據(jù)自身的上下文，判斷這是一個歷史連接(序列號過期或超時)，那么客戶端就會發(fā)送 RST 報文給服務端，表示中止這一次連接。

而如果是兩次握手，那么完蛋了，這時候判斷不出這個連接是不是歷史連接，中斷還是不中斷，這就沒辦法處理了，而三次握手就可以在客戶端進行第三次發(fā)送報文的時候，有足夠的上下文來判斷這個連接到底是否屬于歷史連接。

那么為什么不是四次連接呢?大家可以繼續(xù)翻到上面的圖，如果是四次連接，那么也就是說，把ACK和SYN進行了分開，seq=y和ack=x+1這兩步進行了分開，雖然四次握手也能夠完成這一步，但是為了省事，人家還是三部就做完了，這樣一來，也能確保雙方的初始序列號能被可靠的同步，何必在多費一步操作呢?

4.TCP連接的四次揮手

既然我們TCP連接的時候進行了三次握手，為什么要中斷的時候，我們要進行四次揮手呢?這還是得從圖中來理解這個事情。

• 客戶端A發(fā)送一個FIN，用來關閉客戶A到服務器B的數(shù)據(jù)傳送
• 服務器B收到這個FIN，它發(fā)回一個ACK，確認序號為收到的序號加1(報文段5)。和SYN一樣，一個FIN將占用一個序號。
• 服務器B關閉與客戶端A的連接，發(fā)送一個FIN給客戶端A
• 客戶端A發(fā)回ACK報文確認，并將確認序號設置為收到序號加1

那么為什么是四次呢?之前阿粉面試別人的時候，有個哥們給我了一句話，由于TCP連接是全雙工的，因此每個方向都必須單獨進行關閉。這話比較籠統(tǒng)，但是沒解釋清楚為啥要做四次揮手，這是最尷尬的，然后問詳細的樣子是什么樣的，他也解答的不錯。

那么為什么呢?

這是因為服務端的LISTEN狀態(tài)下的SOCKET當收到SYN報文的建連請求后，它可以把ACK和SYN(ACK起應答作用，而SYN起同步作用)放在一個報文里來發(fā)送。但關閉連接時，當收到對方的FIN報文通知時，它僅僅表示對方?jīng)]有數(shù)據(jù)發(fā)送給你了;但未必你所有的數(shù)據(jù)都全部發(fā)送給對方了，所以你可以未必會馬上會關閉SOCKET,也即你可能還需要發(fā)送一些數(shù)據(jù)給對方之后，再發(fā)送FIN報文給對方來表示你同意可以關閉連接了，所以它這里的ACK報文和FIN報文多數(shù)情況下都是分開發(fā)送的。

也就是說，在關閉的時候，為了確認是否關閉連接，ACK的報文和FIN的報文是進行分開發(fā)送，而這時候，揮手的次數(shù)也就從三次變成了4次，這樣是不是就好理解一點了。

5. 文章參考

• 《TCP/IP詳解》
• 《詳解 TCP 連接的“ 三次握手 ”與“ 四次揮手 ”》
• 《TCP-IP詳解卷一：協(xié)議》
• 《JAVA網(wǎng)絡編程(第3版)》