三次握手和四次挥手

为什么采用三次握手而不是二次握手？
client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段，同意建立连接。假设不采用“三次握手”，那么只要server发出确认，新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬server的确认，也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待client发来数据。这样，server的很多资源就白白浪费掉了。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况，client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认，就知道client并没有要求建立连接。”
TCP三次握手时，第三次握手失败怎么办？如果三次都成功的话：

* 客户端发出了SYN包给服务器,客户端进入SYN_SEND状态。* 服务器收到SYN包后发出SYN+ACK数据包,服务器进入SYN_RECV状态。* 客户端收到SYN+ACK后发出ACK给服务器,客户端进入ESTABLISH状态* 服务器收到最后的ACK，服务器进入ESTABLISH状态。

当第三次握手失败时的处理操作，可以看出当失败时服务器并不会重传ACK报文，而是直接发送RTS报文段，进入CLOSED状态。这样做的目的是为了防止SYN洪泛攻击。
何为SYN洪泛攻击呢？在TCP连接建立过程中很容易碰到严重的的安全问题，称为SYN洪泛攻击。当一个或多个恶意攻击者向服务器发送大量的SYN报文时，服务器认为不同客户发来了打开请求，于是就回分配资源。然后，服务器向假冒的客户发送SYN＋ACK报文，而这些报文都丢失了。如果在第三次握手这段很短的时间内，服务器大量资源被占用而没有被利用，服务器会因为资源耗尽而无法接受合法客户的连接请求。这种SYN洪泛攻击称为拒绝服务攻击的安全攻击，即攻击者用大量的请求垄断一个系统，使这个系统因超载而拒绝为合法的请求提供服务。（更多内容请参考TCP/IP协议簇一书）
关闭连接时半关闭选项的四向握手TCP连接是全双工的，所以它允许两个方向的数据传输被独立关闭。换言之，通信的一端可以发送结束报文段给对方，告诉它本端已经完成了数据的发送，但允许继续接收来自对方的数据，直到对方也发送结束报文段以关闭连接。TCP连接的这种状态称为半关闭（half close）状态。
当客户端向服务器发送一个FIN报文段后，此连接被半关闭了。服务器发送ACK报文段来接受这个半关闭。但是服务器仍然可以发送数据，当服务器把处理完的数据都发送完毕之后，发送FIN报文段（半关闭），并且被客户发来的ACK予以确认（关闭）。

当关闭连接时最后一个ACK丢失怎么办？
如果最后一个ACK丢失的话，TCP就会认为它的FIN丢失，进行重发FIN。在客户端收到FIN后，就会设置一个2MSL计时器，2MSL计时器可以使客户等待足够长的时间，使得在ACK丢失的情况下，可以等到下一个FIN的到来。如果在TIME－WAIT状态汇总有一个新的FIN到达了，客户就会发送一个新的ACK，并重新设置2MSL计时器。

如果重传FIN到达客户端时，客户端已经进入CLOSED状态时，那么客户就永远收不到这个重传的FIN报文段，服务器收不到ACK，服务器无法关闭连接。
但是服务器并不会一直无法关闭，服务器会进行不断的探查，会发送十个间隔为75秒的探查，如果探查都没有收到回应，则认为客户端已经关闭，服务器也将关闭，终止链接。

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

图2 TCP三次握手
（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。

    SYN攻击：            在三次握手过程中，Server发送SYN-ACK之后，收到Client的ACK之前的TCP连接称为半连接（half-open connect），此时Server处于SYN_RCVD状态，当收到ACK后，Server转入ESTABLISHED状态。SYN攻击就是Client在短时间内伪造大量不存在的IP地址，并向Server不断地发送SYN包，Server回复确认包，并等待Client的确认，由于源地址是不存在的，因此，Server需要不断重发直至超时，这些伪造的SYN包将产时间占用未连接队列，导致正常的SYN请求因为队列满而被丢弃，从而引起网络堵塞甚至系统瘫痪。SYN攻击时一种典型的DDOS攻击，检测SYN攻击的方式非常简单，即当Server上有大量半连接状态且源IP地址是随机的，则可以断定遭到SYN攻击了，使用如下命令可以让之现行：            #netstat -nap | grep SYN_RECV

三、四次挥手
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：

图3 TCP四次挥手
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：

图4 同时挥手
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。

四、附注
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。