用恋爱的方式解释TCP的三次握手和四次挥手

 

 

前言
 

 

今天的分享，是关于前两天读到的心得，TCP建立连接时三次握手，断开时为何4次握手的自我理解：

恋爱时

连接时客户端说：SYN（约吗？）
 

服务器说：SYNACK（约啊，一起）

接着客户端说：ACK（好的）

热恋时

传输了n个字节的数据之后，开始分手流程

分手时

客户端说：FIN（分手了啦！）

接着服务器说：ACK（分就分啦！）

服务器接着又说：FIN（记住是我先分的）

客户端说：ACK（OK！）

 

现在来说明为何分手要4次

 

因为连接时，调用socket的connect函数发送SYN包，而服务器端只是accept一下，就一次发送了SYN和ACK标志位，而到了断开连接时大家都要调用各自的close函数结束这段socket（骚）恋情，所以两次close分别触发了两次FIN包，导致没有和ACK合并为一个包，所以握手3次，分手要4次。

 

下面来正经的，TCP/IP协议三次握手与四次握手流程解析。

 

 

TCP报文格式

TCP/IP协议的详细信息参看《TCP/IP协议详解》三卷本。下面是TCP报文格式图：
 

 

 

上图中有几个字段需要重点介绍下：
（1）序号：Seq序号，占32位，用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记。
（2）确认序号：Ack序号，占32位，只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，Ack=Seq+1。
（3）标志位：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具体含义如下：

 

URG：紧急指针（urgent pointer）有效。

ACK：确认序号有效。

PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。

RST：重置连接。

SYN：发起一个新连接。

FIN：释放一个连接。

需要注意的是：

不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。

确认方Ack=发起方Req+1，两端配对。 

 

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。在socket编程中，这一过程由客户端执行connect来触发，整个流程如下图所示：
 

 

 

（1）第一次握手：Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。
（2）第二次握手：Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。
（3）第三次握手：Client收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

 

四次挥手

三次握手耳熟能详，四次挥手估计就，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端任一方执行close来触发，整个流程如下图所示：
 

 

 

由于TCP连接时全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭，上图描述的即是如此。

 

 

（1）第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。
（2）第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态。
（3）第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。
（4）第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。

上面是一方主动关闭，另一方被动关闭的情况，实际中还会出现同时发起主动关闭的情况，具体流程如下图：
 

 

  

流程和状态在上图中已经很明了了，在此不再赘述，可以参考前面的四次挥手解析步骤。

 

思考？

关于三次握手与四次挥手通常都会有典型的面试题，在此提出供有需求的XDJM们参考：
 

（1）三次握手是什么或者流程？四次握手呢？答案前面分析就是。
（2）为什么建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？

 

这是因为服务端在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。

 

而关闭连接时，当收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，己方也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即close，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方ACK和FIN一般都会分开发送。