一文大白话讲清楚TCP连接的三次握手和断开连接的四次挥手的原理

一文大白话讲清楚TCP连接的三次握手和断开连接的四次挥手的原理

• TCP是面向连接的协议，在传输前必须要知道接收方存在还是不存在，所以在传输数据前后要经过3次握手和4次挥手

1.TCP建立连接需要3次握手

1.1 先讲个你兄弟的故事

• 先来个场景大白话讲一下
• 你有一块些黄金，要卖给你的好兄弟，然后你的好兄弟收到黄金后把现金寄给你。但因为太贵重了，你们不知道对方在不在家，能不能收到
• 所以在寄快递前，你两确认了一下
• 第一步，你给你的好兄弟先接了一封信，问问他在不在家（这时候信寄出去以后，你处于等对方的回信）
• 第二步，你的好兄弟给你回了一封信，告诉你他在家，但这个时候他不知道你已经知道他在家（他把信寄给你了，你处于等待回信的状态）
• 第三步，所以你又给你的好兄弟协议了一封信，告诉他，我收到你的信了，我知道你在家了，你准备好接收。（这时候你知道他在家了，他也知道你知道他在家了）
• 第四步，那既然都知道，就寄黄金呗。
• 这样一来一回，你们一共发了三封信，目的就是为了明确对方在不在，要干啥。这就是TCP的两个主机之间的三次握手。只不过你是寄黄金，TCP是发数据

1.2 TCP 3次握手

• 讲了上面的故事，相信大家应该明白了，接下来讲细节，就是我怎么寄的信，信里面有什么，你怎么回的信，信里面有什么

1. 第一次握手，客户端给服务端发一个SYN(Synchronize Sequence Numbers:同步序列编号)，并指明客户端的初始序列号ISN(Initial Sequence Number：初始序列号),此时客户端处于SYN_SENT状态
2. 第二握手：服务器收到客户端的SYN报文后，会将自己的SYN报文发送给客户端，同时为了确认客户端的SYN，将客户端的ISN+1作为ACK（Acknowledgment character：确认字符）的值发送给客户端，此时服务端处于SYN_RCVD状态
3. 客户端收到服务端的SYN报文后，会发送一个ACK报文，ACK的值为服务器的ISN+1.此时客户端处于ESTABLISHED状态。服务端收到ACK报文之后，也处于ESTABLISHED状态。此时，双方建立了链接

• 上图

1.2 TCP 3次握手8件事

• 说白了，如果要进行通讯，服务端要知道：自己和客户端的发送和接收能力正常；客户端要知道自己和服务端的发送和接收能力正常
• 也就是要确定下列几件事

1. 客户端知道自己发送能力正常
2. 客户端知道自己接受能力正常
3. 客户端知道服务器发送能力正常
4. 客户端知道服务器接收能力正常
5. 服务器知道自己发送能力正常
6. 服务器知道自己接受能力正常
7. 服务器知道客户端发送能力正常
8. 服务器知道客户端接接收能力正常

• 也就是说，通过三次握手，我们要确定这8件事
• 那么接下来看看每次握手的作用和完成的事情
• 一. 第一次握手，客户端发送数据包，服务端收到了；
  • 得到的结论：服务端知道客户端的发送能力正常，即7完成，服务端知道自己的接收能力正常，即6完成（67）
• 二. 第二次握手，服务端发送数据包，客户端收到了
  • 得到的结论：在第一次握手结论的基础上，客户端知道服务端的发送能力正常，即3完成，客户端知道服务端的接收能力正常，即4完成，客户端知道客户端的接收能力正常，即2完成；客户端知道自己的发送能力正常，即1完成（123467）
• 三. 第三次握手，客户端发送网络数据包，服务端收到了
  • 得到的结论：在第二次结论的基础上，服务端知道自己的发送能力正常，即5完成，服务端知道客户端的接收能力正常，即8完成（12345678）
    通过3次握手，确定了8件事，即确定了双方的发送和接受能力，而且确定了对方知道彼此的接收和发送能力正常；
• 那就可以开始传输数据了

1.3 TCP握手能不能是两次

• 通过上面的8件事我们知道，如果少一次握手，哪个第五件事和第8件事，也就是服务端无法确定客户端的接受能力正常，服务端也无法确定自己的发送能力正常。那就有可能， 服务端认为自己发了，但是客户端收不到。

2. TCP 断开连接要4次挥手

2.1 还回到你兄弟的故事上

• 通过上面TCP连接后，你两现在一个可以把黄金一批批的寄过去了，另一个可以一批一批地把现金寄过来了。但问题是，你这边黄金总有寄完的时候吧。如果寄完了，你是不是得告诉你兄弟一声，让他知道，然后他也把剩下的钱寄给你。寄给你以后，你两两清了，就不用再来回邮寄了。
• 那这时候咱们分析一下
• 第一步，你这边黄金发完了，没得发了。所以你给你兄弟写了一封信，好兄弟，以后没黄金了，咱两可以不用再联系了。
• 第二步，你兄弟收到你的来信了，知道你没黄金了，以后也不寄了，但是还差最后一批黄金的钱没给你。于是你兄弟干了两件事。先是给你回了一封信，好的兄弟我知道了。但是还有一笔没给你结，稍后我给你寄过来。如果你收到这边钱了，给我说一声。咱两就断联。于是第一件事，信寄出去了。接着第二件事，把钱寄出去
• 第三步，你收到你兄弟最后一笔寄来的钱了，给他写信说，好兄弟我收到钱了，咱们断联。
• 这时，如果你兄弟收到钱了，就知道你两车企两清了，不用来回邮寄了。
• 这样一来一回，你发两封信，你兄弟发两封信，一共4封信，目的就是清算，挥手告别。所以这就是TCP的4次挥手断连

2.2 TCP 4次挥手

• 讲了上面的故事，接下来讲细节，看看写信的时候都具体说了啥

1. 第一次挥手：客户端发送一个FIN报文，报文中指定一个序列号。此时客户端处于FIN_WAIT1状态，就是停止发送，等待服务端确认
2. 第二次挥手，服务端收到FIN报文后，会发送ACK报文，且把客户端的序列号+1作为ACK报文的序列号，表明已经收到客户端的报文了，此时服务端处于CLOSE_WAIT状态
3. 第三次挥手：如果服务端发送完数据了，也会发给客户端一个FIN报文，且制定一个序列号，此时服务端处于LAST_ACK状态
4. 第四次挥手，客户端收到FIN之后，一样发送一个ACK报文，并把服务端的序列号+1作为序列号，此时客户端处于TIME_WAIT状态、需要过一整子，确保服务端收到自己的ACK报文后才会进入CLOSED状态，服务端收到ACK报文后，就处于关闭连接，进入CLOSEd状态

• 上图
  

2.2 TCP4次挥手4件事

• 说白了，告别就是在数据发完的前提下，互相知道不再发送，所以需要干完这4件事

1. 客户端知道自己不再发送请求了
2. 客户端知道服务器不再发送数据了
3. 服务端知道客户端不再发送请求了
4. 服务端知道自己不再发送数据了

• 那么接下来看4次挥手怎么完成的这些事
• 一，第一次挥手，客户端告诉服务器，我不在发送请求了
  • 得出结论：客户端知道自己不再发送请求了，即1完成；服务端知道客户端不再发送请求了，即3完成（13）
• 二，第二次挥手，服务器告诉客户端，我知道你不再发送请求了，但是我可能还有数据要，等我也不发了，我再另外给你通知
  • 得出结论，客户端知道服务端知道客户端不再发送请求了
• 三，第三次挥手，服务器告诉客户端，我不再发送数据了
  • 得出结论，客户端知道服务端不再发送数据了，即2完成；服务端知道自己不再发送数据了，即4完成（1234）
• 四，第四次挥手，客户端告诉服务端，我收到你不再发送消息的通知了，我等你差不多收到消息（2MSL后）我就关闭了
  • 得出结论，大家都可以关闭了
• OK，咱们断连，不再发送数据了

2.3 TIME_WAIT的作用是啥，为什么不能直接进入CLOSED状态

• 如果没有TIME_WAIT,状态，则服务器的FIN包没有得到最后的ack确认，超时后会重传。这样会下次的新链接产生影响，可能会刚打开就收到一个重传的包，或者客户端相同的服务端发送SKY连接请求但服务器处于LAST_ACK状态，要求收到的是ack而不是SYN，因此会发送RST重新建立请求

2.4 为什么TIME_WAIT要过2MSL才能进入CLOSEd状态

• 首先MSL是指网络中最大生存时间。
• 为什么要等2MSL，是因为客户端发送了对服务端的FIN确认包ASK后，不能确保ACK被接收到。如果接收不到，服务器端如果接收不到ACK包就会重新发送FIN包，所以客户端发送后等2MSL的时间，如果这个时间内没有收到重新的FIN包，说明收到了，那可以关闭了。

2.5 tcp连接管理中的保活机制

• TCP通信中，如果双方长时间没有数据往来，服务器会周期性向客户端发送探测数据报，要求客户端回复，如果连续多次没有收到响应，救人位连接已经断开。
• 周期为75s，如果连续超过9次，则认为断开
• 长时间未发送数据值得是超过7200s