TCP三次握手和四次挥手

一.三次握手

1.定义

在TCP/IP协议中，TCP协议提供可靠的连接服务，无论哪一方向另一方发送数据之前，都必须先在双方之间建立一条连接。在TCP/IP协议中，TCP协议提供可靠的连接服务，连接是通过三次握手进行初始化的。
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。
三次握手的目的是同步连接双方的序列号和确认号并交换 TCP窗口大小信息。

2.参数

(1)位码/TCP标志位

位码即tcp标志位,有6种标示:
- SYN(synchronous建立联机)
- ACK(acknowledgement 确认 。注：ACK和ack是不一样的 ACK是确认位，而ack为acknoledgement number的缩写，表示确认号)
- PSH(push传送)
- FIN(finish结束)
- RST(reset重置)
- URG(urgent紧急)

(2)序号

Sequence number(顺序号码)
Acknowledge number(确认号码)

3.过程

(1)第一次握手

主机A(客户端)发送位码为SYN＝1,随机产生seq number=1234567的数据包到服务器B，服务器B由SYN=1知道，主机A(客户端)要求建立联机；此时主机A(客户端)进入SYN_SEND状态，等待服务器B确认；

(2)第二次握手

服务器B收到请求后要确认联机信息，向A发送ack number=(主机A的seq+1)，SYN=1，ACK=1，随机产生seq=7654321的包；此时服务器B进入SYN_RECV状态；

(3)第三次握手

主机A(客户端)收到后检查ack number是否正确，即第一次发送的seq number+1,以及位码ACK是否为1，若正确，主机A(客户端)会再发送ack number=(服务器B的seq+1),ACK=1，服务器B收到后确认seq值与ACK=1则连接建立成功。

(4)传输数据

此时A(客户端)和B(服务器)进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。
完成三次握手，主机A(客户端)与服务器B开始传送数据。

4.额外参数

(1)未连接队列

在三次握手协议中，服务器维护一个未连接队列，该队列为每个客户端的SYN包（syn=j）开设一个条目，该条目表明服务器已收到SYN包，并向客户发出确认，正在等待客户的确认包。这些条目所标识的连接在服务器处于Syn_RECV状态，当服务器收到客户的确认包时，删除该条目，服务器进入ESTABLISHED状态。

(2)Backlog参数

表示未连接队列的最大容纳数目。

(3)SYN-ACK 重传次数

服务器发送完SYN－ACK包，如果未收到客户确认包，服务器进行首次重传，等待一段时间仍未收到客户确认包，进行第二次重传，如果重传次数超过系统规定的最大重传次数，系统将该连接信息从半连接队列中删除。注意，每次重传等待的时间不一定相同。

(4)半连接存活时间

是指半连接队列的条目存活的最长时间，也即服务从收到SYN包到确认这个报文无效的最长时间，该时间值是所有重传请求包的最长等待时间总和。有时我们也称半连接存活时间为Timeout时间、SYN_RECV存活时间。

二.四次挥手

1.定义

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。

2.参数

3.过程

(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。

三.总结

1. 状态详解

(1)CLOSED

表示初始状态。

(2)LISTEN

表示服务器端的某个SOCKET处于监听状态，可以接受连接了。

(3)SYN_RCVD

表示接受到了SYN报文，在正常情况下，这个状态是服务器端的SOCKET在建立TCP连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态，很短暂，基本 上用netstat你是很难看到这种状态的，除非你特意写了一个客户端测试程序，故意将三次TCP握手过程中最后一个ACK报文不予发送。因此这种状态 时，当收到客户端的ACK报文后，它会进入到ESTABLISHED状态。

(4)SYN_SENT

这个状态与SYN_RCVD遥想呼应，当客户端SOCKET执行CONNECT连接时，它首先发送SYN报文，因此也随即它会进入到了SYN_SENT状态，并等待服务端的发送三次握手中的第2个报文。SYN_SENT状态表示客户端已发送SYN报文。

(5)ESTABLISHED

这个容易理解了，表示连接已经建立了。

(6)FIN_WAIT_1

FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。而这两种状态的区别 是：FIN_WAIT_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时，它想主动关闭连接，向对方发送了FIN报文，此时该SOCKET即 进入到FIN_WAIT_1状态。而当对方回应ACK报文后，则进入到FIN_WAIT_2状态，当然在实际的正常情况下，无论对方何种情况下，都应该马 上回应ACK报文，所以FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的，而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到。

(7)FIN_WAIT_2

上面已经详细解释了这种状态，实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET，表示半连接，也即有一方要求close连接，但另外还告诉对方，我暂时还有点数据需要传送给你，稍后再关闭连接。

(8)TIME_WAIT

表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。如果FIN_WAIT_1状态下，收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入到TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态。

(9)CLOSING

这种状态比较特殊，实际情况中应该是很少见，属于一种比较罕见的例外状态。正常情况下，当你发送FIN报文后，按理来说是应该先收到（或同时收到）对方的 ACK报文，再收到对方的FIN报文。但是CLOSING状态表示你发送FIN报文后，并没有收到对方的ACK报文，反而却也收到了对方的FIN报文。什 么情况下会出现此种情况呢？其实细想一下，也不难得出结论：那就是如果双方几乎在同时close一个SOCKET的话，那么就出现了双方同时发送FIN报 文的情况，也即会出现CLOSING状态，表示双方都正在关闭SOCKET连接。

(10)CLOSE_WAIT

这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢？当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己，你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对 方，此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢，实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方，如果没有的话，那么你也就可以 close这个SOCKET，发送FIN报文给对方，也即关闭连接。所以你在CLOSE_WAIT状态下，需要完成的事情是等待你去关闭连接。

(11)LAST_ACK

这个状态还是比较容易好理解的，它是被动关闭一方在发送FIN报文后，最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后，也即可以进入到CLOSED可用状态了。

2.为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？

这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的.

3.为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？

这是因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到，因此对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。

四.参考

http://blog.csdn.net/whuslei/article/details/6667471/
http://www.cnblogs.com/cy568searchx/p/3711670.html
http://www.360doc.com/content/14/1201/16/7669533_429603672.shtml