TCP 三次握手和四次挥手
# TCP 三次握手和四次挥手
# 建立连接-三次握手
# 什么是三次握手？
简单来说：
- 客户端向服务器发送 SYN 报文，请求建立连接。
- 服务器收到 SYN 报文后，回复一个 SYN+ACK 的报文，表示同意建立连接。
- 客户端收到 SYN+ACK 报文后，再回复一个 ACK 报文，表示确认连接已经建立。
SYN -- Synchronize 连接信号；ACK -- Acknowledgment 确认信号；SEQ -- Sequence Number 是序列号，用于标识报文段中的数据字节的顺序
建立一个 TCP 连接需要“三次握手”，缺一不可：
- 一次握手:
- 客户端发送带有 SYN（SEQ=x）标志的数据包 -> 服务端，
- 然后客户端进入 SYN_SEND 状态，等待服务器的确认；
- 二次握手:
- 服务端发送带有 SYN+ACK(SEQ=y,ACK=x+1) 标志的数据包 –> 客户端，
- 然后服务端进入 SYN_RECV 状态
- 三次握手:
- 客户端发送带有 ACK(ACK=y+1) 标志的数据包 –> 服务端，
- 然后客户端和服务器端都进入 ESTABLISHED（established） 状态，完成 TCP 三次握手。
当建立了 3 次握手之后，客户端和服务端就可以传输数据了。
具体如下图所示：
# 为什么要三次握手？
三次握手的主要目的是：确保客户端和服务器之间建立了可靠的连接，同时避免因重复的连接请求造成网络资源的浪费。
- 第一次握手：
- Client 什么都不能确认；
- Server 确认了对方发送正常，自己接收正常
- 第二次握手：
- Client 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常；
- Server 确认了：对方发送正常，自己接收正常
- 第三次握手：
- Client 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常；
- Server 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常
# TCP 为什么是三次握手，而不是两次或四次？
因为，三次握手是为了确保连接的可靠性和避免网络资源的浪费。而两次握手会存在上述的问题，四次握手则会增加不必要的开销，所以三次握手是一种较为合理的选择。
# 第 2 次握手传回了 ACK，为什么还要传回 SYN？
服务端传回发送端所发送的 ACK 是为了告诉客户端：“我接收到的信息确实就是你所发送的信号了”，这表明从客户端到服务端的通信是正常的。
回传 SYN 则是为了建立并确认从服务端到客户端的通信。
什么是 SYN ？
SYN 同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers) 是 TCP/IP 建立连接时使用的握手信号。在客户机和服务器之间建立正常的 TCP 网络连接时，客户机首先发出一个 SYN 消息，服务器使用 SYN-ACK 应答表示接收到了这个消息，最后客户机再以 ACK(Acknowledgement）消息响应。这样在客户机和服务器之间才能建立起可靠的 TCP 连接，数据才可以在客户机和服务器之间传递。
# 断开连接-四次挥手
# 什么是四次挥手？
简单来说：
- 客户端向服务器发送 FIN 报文，请求关闭连接。
- 服务器收到 FIN 报文后，回复一个 ACK 报文，确认已经收到客户端的请求。
- 服务器再向客户端发送一个 FIN 报文，表示服务端也准备关闭连接。
- 客户端收到服务器的 FIN 报文后，回复一个 ACK 报文，确认已经收到服务端的请求，并关闭连接。
具体如下图所示：
断开一个 TCP 连接则需要“四次挥手”，缺一不可：
第一次挥手：
客户端发送一个 FIN（SEQ=x） 标志的数据包->服务端，用来关闭客户端到服务器的数据传送。
然后，客户端进入 FIN-WAIT-1 状态。
第二次挥手：
- 服务器收到这个 FIN（SEQ=X）标志的数据包，它发送一个 ACK（ACK=x+1）标志的数据包 -> 客户端。
- 然后，此时服务端进入 CLOSE-WAIT 状态，客户端进入 FIN-WAIT-2 状态。
第三次挥手：
- 服务端关闭与客户端的连接并发送一个 FIN(SEQ=y) 标志的数据包 -> 客户端，请求关闭连接，
- 然后，服务端进入 LAST-ACK 状态。
第四次挥手：
- 客户端发送 ACK (ACK=y+1) 标志的数据包 -> 服务端并且进入 TIME-WAIT 状态，
- 服务端在收到 ACK (ACK=y+1) 标志的数据包后进入 CLOSE 状态。
- 此时，如果客户端等待 2MSL 后依然没有收到回复，就证明服务端已正常关闭，随后，客户端也可以关闭连接了。
只要四次挥手没有结束，客户端和服务端就可以继续传输数据！
# 为什么要四次挥手？
TCP四次挥手的主要目的是：确保客户端和服务器之间的连接能够正常关闭，并且避免因为未处理完的数据包而造成数据的丢失和不完整。
即：为了确保连接的正常关闭和数据的完整性
# 为什么不能把服务器发送的 ACK 和 FIN 合并起来，变成三次挥手？
因为服务器收到客户端断开连接的请求时，可能还有一些数据没有发完，这时先回复 ACK，表示接收到了断开连接的请求。等到数据发完之后再发 FIN，断开服务器到客户端的数据传送。
ACK 的作用是: 确认收到对方发送的数据包，
而 FIN 的作用是: 请求关闭连接。
# 如果第二次挥手时服务器的 ACK 没有送达客户端，会怎样？
客户端没有收到 ACK 确认，会重新发送 FIN 请求。
# 为什么第四次挥手客户端需要等待 2*MSL（报文段最长寿命）时间后才进入 CLOSED 状态？
因为第四次挥手时，客户端发送给服务器的 ACK 有可能会丢失。
如果服务端因为某些原因而没有收到 ACK 的话，服务端就会重发 FIN，
如果客户端在 2*MSL 的时间内收到了 FIN，就会重新发送 ACK 并再次等待 2MSL，防止 Server 没有收到 ACK 而不断重发 FIN。
假设客户端在发送 ACK 之后立即进入 CLOSED 状态（即关闭连接），同时 服务端没有接收到客户端的 ACK 确认，就会一直重发 FIN -- 请求关闭连接。
# 什么是 MSL?
MSL(Maximum Segment Lifetime): 一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL 就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到 2MSL，Client 都没有再次收到 FIN，那么 Client 推断 ACK 已经被成功接收，则结束 TCP 连接。