为什么建立TCP连接需要三次握手？断开连接需要四次挥手？

TCP 三次握手的问题，应该每只猿都被问到过，网络上关于解释 TCP 三次握手的文章也非常非常多，但是读大部分文章，我自己读来没有办法一目了然。因此就想要尝试一下，希望可以做到让人比较容易理解。

TCP三次握手流程

话不多说，先看一下熟悉的三次握手流程图：

第一次握手：客户端向服务端发送连接请求；

位码 SYN=1 为固定值，seq 为客户端生成的随机序列号，客户端这侧生成，假定该值为 8888；

第二次握手：服务端接收到客户端连接请求后，对该连接请求作出响应，告知客户端我存在，并且可以接收到数据；

位码 SYN=1 为固定值，seq 为服务端生成的随机序列号，与客户端生成的 seq 没有半毛钱关系，假定该值为 7777，ACK=1 表示对请求的应答，ack=client_isn+1，此处值一定为 8889，表示对前一请求的应答；随后服务端进入 SYN_RCVD 状态，等待建立连接；

第三次握手：客户端收到来自服务端的应答响应后，再向服务器发送数据的确认包，告诉服务器我已经知道你在线了，并且准备发送数据了；

ACK=1 同样表示作为应答，ack=server_isn+1 表示对上一服务器过来的数据的应答，此处值一定为 7778，seq 客户端发送给服务器的第二个数据包，所以这个时候 seq = 8889，之后客户端直接进入连接状态，服务器收到数据时，会检查 ack 数据值是否与预期值匹配，如果数据匹配则状态变更到连接状态；

TCP两次握手有什么毛病

从上述步骤，看出来三次握手完全能够满足建立连接的需求，那么问题来了，为什么要三次，两次不可以吗？比如下图的 TCP 两次握手：

服务端S接收到客户端C连接请求后，发送响应给C，告诉C，S是存在的，可以传输数据，随后就到连接成功的状态，等待C发数据过来了。初看也没什么毛病，两次握手就能建立起连接为什么要三次？那么问题来了，我们看一下下面的场景：

从这个场景来看，两次握手的问题就很清晰了，S收到C的连接请求后，向C发了响应确认，随后进入已连接状态，等待C发送数据，但是实质上C并没有收到来自S的消息，也就是C并没有接收能力，或者由于网络原因消息包丢失，S连接被占据，白白浪费了资源；由此可见，两次握手没有办法保证交互双方同时具备发送与接收能力。

连接建立的双方是可以互相发送数据的，这个时候C认为S不在线，于是就不会继续发送数据，那么这个时候 S 向 C 发数据会是什么情况呢？

如上场景所示，C 此前并不认为跟 S 已经建立了连接，不知道 S 的初始序列号，因此 S 发来的任何数据分组都将被忽略。

TCP四次挥手流程

接下来看一下四次挥手的流程图：

第一次挥手：客户端向服务器发送关闭连接请求，随后进入 FIN-WAIT-1 状态；

位码 FIN=1 为固定值，seq=u 为数据传输过程后累计到的序列号，假定为 10086

第二次挥手：服务端接收到关闭请求，向客户端响应关闭请求，随后进入等待关闭状态 CLOSEWAIT；

ACK=1 代表应答，ack=u+1 代表对关闭请求的应答，此处值一定为 10087，seq=v 为服务端传输过程后累计的序列号，假定为 10010，此过程主要快速响应客户端的断开请求，告知客户端已经接收到断开请求了，但是我还有数据没有发完毕。所以客户端收到报文后进入 FIN_WAIT-2 状态，知道服务端还不能关闭

第三次挥手：服务端发送完了所有的数据后，再次响应一次客户端的关闭请求，告知客户端自己也可以关闭了；

位码 FIN=1 为固定值，ACK=1 代表应答，ack=u+1 代表对关闭请求的应答，此处值仍然为 10087，随后服务端进入 LAST-ACK 状态，等待来自客户端的应答

第四次挥手：客户端收到来自服务端的可关闭报文后，发送响应告知服务端我已经完成工作了，准备关闭；

ACK=1 代表应答，seq=u+1，此处一定为 10087，ack=w+1 代表对来自服务端上一个报文的应答，服务端接收到应答后，进入 CLOSED 状态。

从客户端主动发送关闭状态到服务端第二次响应才携带 FIN=1 的状态码来看，我们可以发现，如果报文中包含 FIN=1，那么就代表发送报文的这一方可以进入关闭状态了，至于什么时候才进入到 CLOSED 状态，需要根据报文响应才进行切换。

TCP三次挥手有什么毛病

从四次挥手流程来看，整个流程也很完美，那么为什么一定要四次？三次不可以吗？比如下图的 TCP 三次挥手：

同样的来模拟一种场景：

从上面场景可以看到，C 随时都可能发送关闭连接的报文，而 S 也一直有数据发送到 C，这个时候 S 要么等待最后的数据发送完毕后再响应 FIN 报文，要么先告诉 C，我收到你的断开请求了，但是你还得等一等，显然对网络包的报文都是迅速响应的，这个时候如果携带 FIN 位码，C 认为 S 已经可以关闭了，则不再接收其他报文，响应关闭报文。这个时候服务端未发送完毕的数据即会丢失。

那么想象一下，服务端如响应 FIN 之后，即便是收到了来自客户端的 ACK 请求，仍然把未发送完毕的数据继续发送给客户端直到发送完毕再进入 CLOSED 状态会怎样呢？分析一下可以知道，TCP 是可靠的数据传输协议，这个时候发送的数据没有办法保证被接收成功，或者直接被客户端拒绝了。

四次挥手过程中的状态

最后，我们来看看四次挥手过程中，客户端与服务端在整个过程中的状态变化，以及各个状态的设计的意义：

客户端：FIN-WAIT-1

客户端在发起断开连接请求后进入该状态，这个状态下，客户端处于等待服务端响应自己发送的断开请求的过程，如果服务端一直没有响应断开请求，那么客户端会重发；

服务端：CLOSE-WAIT

服务端接收到客户端断开请求后，响应断开请求后进入该状态，由于在接收到客户端断开请求时，服务器可能仍然有数据在发送过程，顾不会立即进入关闭，需要等待最后的数据都发送完毕

客户端：FIN-WAIT-2

客户端收到来自服务端对自己的断开请求响应后，进入该状态，表示等待服务端发送最后的数据

服务端：LAST-ACK

服务端发送完所有的报文数据后，并对客户端发送带有 FIN 的断开确认请求，进入到该状态，等待客户端响应自己的断开请求

客户端：TIME-WAIT

客户端收到来自服务器的断开确认后，然后做最后的响应，进入到该状态，该状态值主要用于确保服务端接收到了自己响应，如果服务端未接收到，会重复发携带 FIN 的报文过来，在这个阶段可以重复进行 ACK

客户端&服务端：CLOSED

服务端收到断开响应后直接进入CLOSED状态，客户端等待 2MSL 时间后进入该状态，表示该次连接结束。