计算机网络之TCP的三次握手和四次挥手

一.有关TCP协议的几个概念

    1.1TCP协议的基本概念：

    TCP协议是传输层的一个协议，它支持全双工通信，是主机对主机之间数据的可靠传输，是一个连接导向的协议。

   1.2连接：

        连接是通信双方的一个约定，它的目的是让两个在通信的程序之间产生一个默契，保证两个通信的程序都在线，并且尽快地响应对方的请求。连接是记录网络的行为状态，是在传输层的一个概念。

   1.3会话：

        会话是应用的行为，比如说在微信上，你约定和张三聊天，聊了一段时间之后各自先不发送信息了，但是微信聊天窗口没有关闭。所以这个时候，连接关闭了，会话没有关闭。所以会话是在应用层的概念。

   1.4单工通信：

         如果在任何一个时刻，数据只能单向传送，这就是单工，单工通信至少需要一条线路；

   1.5半双工通信：

         如果在某个时刻，数据可以向一个方向进行传输，也可以向另外一个方向进行传输，并且交替进行，就叫作半双工，至少需要一条线路；

   1.6双工通信：

         如果在任意一个时刻，数据都可以双向收发，这就叫做全双工，全双工通信需要大于一条线路。

二.TCP的三次握手

       TCP协议的三次握手发生在建立连接的过程。先用一个大致的流程图表示一下三次握手的大致过程。

在上述表示的过程中，SYN在协议头中表示的是发起一个新连接，ACK是确认序号有效。可以看到，在上述的建立连接的过程中，有三次数据之间的互相传输，所以被称作为三次握手。

我们可以分析一下，在这三次握手的过程中，客户端和服务端分别都做了什么：

第一次握手：客户端给服务端发送一个建立连接的SYN报文，主动打开连接。第一次握手确保客户端发送报文的能力正常。

第二次握手：服务端如果同意连接，先生成一个ACK确认报文，确认从客户端接受到的报文无误，然后发送一个SYN报文给客户端，第二次握手是确保服务端接收和发送能力正常。

第三次握手：客户端接收到服务器端的确认信息后，还要给服务器发送确认报文。此时TCP连接建立，确认客户端接收能力正常。

三：TCP为什么需要三次握手

           如果TCP协议只采用两次握手会出现以下情况，客户端向服务端发送的请求报文由于网络延迟或者其他原因，没有及时成功地发送到服务端，这是，客户端会再次向服务端发生请求报文，在此之后，由于网络通畅了，连接释放，与服务器端建立了连接，第一次客户端发送的报文也会发送到服务端，但是，第一次发送的报文本该失效了，服务端以为客户端又重新发送了一次请求，两次握手建立连接，客户端忽略服务端的确认报文就建立连接，也不会给服务端发送数据，就会造成不必要的网络资源浪费。

           所以，当TCP采用三次握手来建立连接时，就算第一次失效的报文请求发送给服务端，服务端发送确认报文给客户端，但是服务端没有接收到客户端第三次握手的确认报文，就会知道客户端没有建立连接，就会避免两次握手所造成的问题。

四.TCP的四次挥手

     TCP协议的四次挥手发生在断开连接的过程，先用一个大致的流程图来表示一下四次挥手的过程。

     

下面我们分析一下，在这四次挥手中，客户端和服务端分别都做了什么

第一次挥手：客户端给服务端发送一个 FIN数据包，主动断开连接，告诉服务器我要和你断开连接了，不会再给你发送数据了；此时客户端还是可以接受数据的，如果一直没有接受到被动连接方的确认包，则可以重新发送FIN数据包。

第二次挥手：服务端接收到FIN数据包之后，向客户端发送ACK确认包，表示已经收到客户端发送的报文了，这个时候，服务器在向客户端传达一个信息：我知道你要断开连接了，但是我的数据还没有发送完，等我发送完之后就会进行第三次挥手。

第三次挥手：服务端向客户端发送FIN数据包，告诉客户端我的数据发送完了，不会再给你发送数据了。

第四次挥手：客户端收到FIN数据包之后，同样的会发送一个ACK确认报文，到达服务端之后，客户端进入CLOSED状态。

五.TCP为什么需要四次挥手

         当客户端向服务端发送FIN数据包表示断开连接时，这仅仅表示客户端不再发送数据了，但是客户端还是能够接收数据。当服务端接收到客户端的FIN报文时，它首先会回复一个ACK应答报文，然而，服务端可能还有数据需要处理和发送，所以直到服务端不再发送数据的时候，才会发送FIN报文给客户端，表示同意关闭连接。

        从上述描述的过程可以看出，服务端通常会把ACK和FIN报文分开发送，所以才会有四次挥手的过程。

六.总结

        TCP是一个全双工协议，保证双方的传输更加稳定和可靠。为了让双方都保证建立连接的时候，连接的双方都需要向对方发送SYC（同步请求）和ACK（响应）。在建立连接的时候，双方都没有繁琐的工作，所以在被建立连接的一方可以将自己的ACK和SYN作为一条信息回复，因此需要三次握手。在断开连接的时候，因为需要等被断开连接的一方把数据都处理完，所以被断开连接的一方需要分别发送ACK和FIN，因此需要四次挥手。