（sub）三次握手四次挥手

TCP的三次握手与四次挥手理解及面试题

序列号seq：占4个字节，用来标记数据段的顺序，TCP把连接中发送的所有数据字节都编上一个序号，第一个字节的编号由本地随机产生；给字节编上序号后，就给每一个报文段指派一个序号；序列号seq就是这个报文段中的第一个字节的数据编号。

确认号ack：占4个字节，期待收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号；序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号；而确认号指的是期望接收到下一个字节的编号；因此当前报文段最后一个字节的编号+1即为确认号。

确认ACK：占1位，仅当ACK=1时，确认号字段才有效。ACK=0时，确认号无效

同步SYN：连接建立时用于同步序号。当SYN=1，ACK=0时表示：这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示这是一个连接请求，或连接接受报文。SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1，握手完成后SYN标志位被置0。

终止FIN：用来释放一个连接。FIN=1表示：此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放运输连接

PS：ACK、SYN和FIN这些大写的单词表示标志位，其值要么是1，要么是0；ack、seq小写的单词表示序号。

字段	含义
URG	紧急指针是否有效。为1，表示某一位需要被优先处理
ACK	确认号是否有效，一般置为1。
PSH	提示接收端应用程序立即从TCP缓冲区把数据读走。
RST	对方要求重新建立连接，复位。
SYN	请求建立连接，并在其序列号的字段进行序列号的初始值设定。建立连接，设置为1
FIN	希望断开连接。

三次握手过程理解

第一次握手：建立连接时，客户端发送SYN包（seq=x）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。

第二次握手：服务器收到SYN包，必须确认客户的SYN: ACK（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（seq=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；

必需理由：

第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=y+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手。

必需理由：如果没有第三次ack会造成资源浪费，

现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S 是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

四次挥手过程理解

第一次挥手：客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。

第二次挥手：服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。

客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。

必需理由：一次挥挥手就走太暴力了吧！

第三次挥手：服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

必需理由：半关闭状态服务端可以继续处理未处理完报文，如果没有也可以立刻同时回复FIN+ACK。这样就没有FIN-WAIT2

第四次挥手：客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。

服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

必需理由：TIME_WAIT在四次挥手中有着不可替代的位置，如果没有TIME-WAIT，主动方就会直接进入CLOSED状态，（假设主动方时客户端，被动方时服务端）这时候如果立即重启客户端使用相同的端口，如果因为网络中种种原因最后一次ACK丢失了，服务端就会重复FIN请求，这时这个FIN就会被重新启动的客户端接收到，或者新启动的客户端向服务端发起请求的时候，因为服务端正在等待最后一次ACK，因此新连接请求发送的SYN就会被服务端认为时请求码错误，服务端就会回复RET重置连接。所以就需要主动方发送最后一次ACK之后进入TIME_WAIT状态，等待2MSL（两个报文最大生命周期），等待这段时间就是为了如果接收到了重发的FIN请求能够进行最后一次ACK回复，让在网络中延迟的FIN/ACK数据都消失在网络中，不会对后续连接造成影响

常见面试题

如果第二次握手失败

ACK在网络中丢失，那么Server 端该TCP连接的状态为SYN_RECV,并且会根据 TCP的超时重传机制，会等待3秒、6秒、12秒后重新发送SYN+ACK包，以便Client重新发送ACK包。

而Server重发SYN+ACK包的次数，可以通过设置/proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries修改，默认值为5.

如果重发指定次数之后，仍然未收到 client 的ACK应答，那么一段时间后，Server自动关闭这个连接，并从半连接队列（syns queue）移除。
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如果第三次握手失败：

Server 端

第三次的ACK在网络中丢失，那么Server 端该TCP连接的状态为SYN_RECV,并且会根据 TCP的超时重传机制，会等待3秒、6秒、12秒后重新发送SYN+ACK包，以便Client重新发送ACK包。

而Server重发SYN+ACK包的次数，可以通过设置/proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries修改，默认值为5.

如果重发指定次数之后，仍然未收到 client 的ACK应答，那么一段时间后，Server自动关闭这个连接。

Client 端

在linux c 中，client 一般是通过 connect() 函数来连接服务器的，而connect()是在 TCP的三次握手的第二次握手完成后就成功返回值。也就是说 client 在接收到 SYN+ACK包，它的TCP连接状态就为 established （已连接），表示该连接已经建立。那么如果第三次握手中的ACK包丢失的情况下，Client 向 server端发送数据，Server端将以 RST包响应，方能感知到Server的错误。

【问题1】为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

【问题2】为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？

答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假设网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在Client发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。

【问题3】为什么不能用两次握手进行连接？

答：3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。

【问题4】如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

3.CLOSING状态（last-ack最终确认）？

CLOSING状态是指TCP连接关闭过程中的一个状态，它表示客户端发送了FIN分组后等待服务器回复ACK分组之前的状态。

当客户端发送FIN分组请求关闭连接时，它会进入FIN_WAIT_1状态，并等待来自服务器的确认。在收到服务器对于FIN分组的确认后，客户端进入FIN_WAIT_2状态，并等待服务器发送的FIN分组。

当服务器也希望关闭连接时，它会发送一个FIN分组给客户端，并进入CLOSING状态，此时服务器等待客户端发回确认（ACK）分组。当客户端收到来自服务器的FIN分组后，会进入TIME_WAIT状态，并向服务器回送一个确认分组，这样可以确保客户端发送的最后一个ACK分组能够被服务器接收到，从而正确地关闭连接。

总结来说，CLOSING状态是TCP连接关闭过程中的一个短暂阶段，表示客户端收到了来自服务器的FIN分组，正在等待发送确认分组的状态。

如果四次分手中：server端没收到第三次ack，但收到client端发送的数据，server端怎么处理？

如果服务器端没有收到第三次ACK，但是收到了客户端发送的数据，那么服务器会以为丢失了响应并重新发送之前的数据包。这种情况被称为“超时重传”，服务器会认为该数据包已经丢失并重新发送它。如果客户端在此期间已经收到了服务器之前发送的数据包，则客户端将简单地忽略重复的数据包。这是因为TCP协议具有流量控制和序列号机制，可以确保数据的可靠性和正确性。