TCP 协议中的三次握手和四次挥手

一、三次握手

TCP 协议的三次握手和四次挥手分别表示了 TCP 连接的建立和释放过程，在整个 TCP 协议是一个很重要的内容，同时也是面试时的常见考点。

趁着找工作的劲，使用 socket+tcpdump 分析了一下工作流程，socket 客户端代可以在 socket 介绍及函数原语找到。服务端的代码可以在 socket 的 select 模型找到。

socket 中各函数对应的 TCP 状态演示图：

三次握手的流程可以形容为 （摘取自 《TCP/IP 协议：卷一》）：

1. 请求端 （通常称为客户） 发送一个 SYN 段指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始序号 （ISN），这个 SYN 段为报文段 1 。
2. 服务器发回包含服务器的初始序号的 SYN 报文段 （报文段 2） 作为应答。同时，将确认序号设置为客户的 ISN 加 1 以对客户的 SYN 报文段进行确认，一个 SYN 将占用一个序号。
3. 客户必须将确认序号设置为服务器的 ISN 加 1 以对服务器的 SYN 报文段进行确认 （报文段 3） 。

图片流程：

测试

开始 tcpdump 开始抓包：

开启另外一个终端打开服务端：

再开启一个终端开启客户端：

此时 tcpdump 的输出为：

这三个数据包验证了三次握手的流程:

第一个可以看出是客户端 33632 发给服务端 9999 的数据包，是一个 SYN 数据包，seq 为 2197027846 。

第二个数据包为服务端返回的 ACK 数据包，ack=2197027847，等于上一个数据包中客户端的 seq+1 。

第三个数据包是客户端给服务端的，它也带了 ack，并且等于上一个数据包中服务端发过来的 seq+1 。

此时客户端和服务端的连接状态都到达了 ESTABLISHED：

二、四次挥手

四次挥手是由 TCP 的半关闭 （half-close） 造成的。既然一个 TCP 连接是全双工 （即数据在两个方向上能同时传递），因此每个方向必须单独地进行关闭。这原则就是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个 FIN 来终止这个方向连接。当一端收到一个 FIN，它必须通知应用层另一端几经终止了那个方向的数据传送。发送 FIN 通常是应用层进行关闭的结果。

收到一个 FIN 只意味着在这一方向上没有数据流动。一个 TCP 连接在收到一个 FIN 后仍能发送数据。而这对利用半关闭的应用来说是可能的，尽管在实际应用中只有很少的 TCP 应用程序这样做。

通过快捷键 CTRL+C 或者在客户端界面输入 exit 即可退出客户端，退出后的 tcpdump 输出：

四次挥手分析：

第一行客户端发给服务端，是一个 FIN 数据包，表示客户端要结束发送数据。

第二行是服务端的对上一条的响应，ack(3554397809)=seq(3554397808)+1 。

服务端在收到客户端的关闭消息后也关闭了连接，也发了一个 FIN 数据包，seq=2489855325 。

客户端收到服务端的关闭消息后也回了一个 ack 数据包，ack(2489855326)=seq(2489855325)+1 。

三、 2MSL 状态

2MSL 状态是连接断开后需要继续等待的时间，客户端在收到服务端的 FIN 数据包之后，会进入 2MSL 的等待期，在这段时间内，任何来自服务端的数据都会被拒绝。这段时间存在的意义主要有以下几点：

1. 客户端收到 FIN 后给服务端回 ACK，如果此时数据没有到达服务端，服务端会尝试重连，浪费服务端资源。同时，如果立马又有一个程序占用了这个端口，收到服务端的重传 FIN 之后将会关闭。
2. 服务端的数据包可能存在时延，一些数据包在 FIN 之后到达客户端，如果客户端关闭之后又起了一个程序，第二个程序将会收到来自前一个业务逻辑的数据，导致错误。