TCP三次握手与四次挥手

网络协议

OSI (Open System Interconnect)规定了七层协议模型，TCP/IP规定了四层模型，七层模型和四层模型的对应关系：

四层模型主要分为：应用层，传输层，网络层，数据链路层。TCP/UDP协议处于传输层。

TCP通信

TCP通信包括三个步骤：

1. 建立TCP连接通道
   通过三次握手建立连接
2. 传输数据
   超时重传、快速重传、流量控制、堵塞控制等等
3. 断开TCP连接通道
   通过四次挥手断开连接

TCP在传输时会附加自己的TCP包首部。下面是一个TCP头部规范定义：

TCP标识位

每个TCP段都有一个自己的目的，通过TCP标识位区分。TCP标志有：

• SYN: 简写S，同步标识位，用于建立会话连接，同步序列号
• ACK: 简写.，确认标识位，对接收的数据包进行确认
• FIN: 简写F，完成标识位，表示已经没有数据要发送了，即将关闭连接
• PSH: 简写P，推送标识位，表示该数据包被对方接收后应立即交给上层应用，而不在缓冲区排队
• RST: 简写R，重置标识位，用于连接复位、拒绝错误和非法的数据包
• URG: 简写U，紧急标识位，表示数据包的紧急指针域有效，用来保证连接不被阻断，并督促中间设备尽快处理

最广泛的标识是SYN ACK FIN，用于建立连接、确认成功、终止连接。

TCP序号和确认号

seq: Sequence number. 32位序号。TCP通信过程中某一个传输方向上的字节流的每个字节的序号。通过这个来确认发送的数据有序。

ack: Acknowledge number. 32位确认号。TCP对上一次seq序号做出的确认号，用来响应TCP报文段，给收到的TCP报文段的序号seq加1。

TCP三次握手

指建立一个TCP连接时，客户端和服务端总共发送3个报文。

• 客户端 ———SYN=1 seq=X———> 服务端
  客户端将标识位SYN设置成1，随机产生一个序号X。发送完后，客户端进入SYN_SENT状态，等待服务器端确认。
• 客户端 <———SYN=1 ACK=1 seq=Y ack=X+1——— 服务端
  服务端收到客户端请求后将SYN和ACK都置为1，ack置为X+1，随机产生一个新的序号值Y。发送完后，服务端进入SYN_RCVD状态。
• 客户端 ———ACK=1 ack=Y+1———> 服务端
  客户端收到确认后检查ack是否为X+1，ACK是否为1，如果都是的话，则将ACK置为1，ack置为Y+1，并发回给服务器。服务器检查ACK是否为1，ack是否为Y+1。如果都是的话则连接建立成功。客户端和服务器都进入ESTABLISHED状态，此时客户端与服务端可以开始传输数据。

TCP传输过程

1. 超时重传 超时重传机制用来保证TCP传输的可靠性。每次发送数据包时，发送的数据报都有seq号，接收端收到数据后，会回复ack进行确认，表示某一seq 号数据已经收到。发送方在发送了某个seq包后，等待一段时间，如果没有收到对应的ack回复，就会认为报文丢失，会重传这个数据包。
2. 快速重传 接受数据一方发现有数据包丢掉了。就会发送ack报文告诉发送端重传丢失的报文。如果发送端连续收到标号相同的ack包，则会触发客户端的快速重 传。比较超时重传和快速重传，可以发现超时重传是发送端在傻等超时，然后触发重传;而快速重传则是接收端主动告诉发送端数据没收到，然后触发发送端重传。
3. 流量控制 这里主要说TCP滑动窗流量控制。TCP头里有一个字段叫Window，又叫Advertised-Window，这个字段是接收端告诉发送端自己 还有多少缓冲区可以接收数据。于是发送端就可以根据这个接收端的处理能力来发送数据，而不会导致接收端处理不过来。滑动窗可以是提高TCP传输效率的一种机制。
4. 拥塞控制 滑动窗用来做流量控制。流量控制只关注发送端和接受端自身的状况，而没有考虑整个网络的通信情况。拥塞控制，则是基于整个网络来考虑的。

TCP四次挥手

指TCP需要客户端和服务端总共发送4个报文断开连接。由于TCP连接是全双工的（你能给我发，我能给你发，相互独立），因此每个方向都要单独关闭。挥手可以是客户端发起，也可以是服务端发起，这里我们假设是客户端发起：

• 客户端 ———FIN=1 seq=X———> 服务端
  客户端将FIN置1，生成随机X，向服务端发送断开连接请求。此时客户端状态变成FIN_WAIT_1。表示客户端没有数据要发送给服务端了。
• 客户端 <———ACK=1 ack=X+1——— 服务端
  服务端收到FIN包后，返回ACK标识，同时ack返回X+1。服务端进入CLOSE_WAIT状态，客户端收到请求后进入FIN_WAIT_2状态。服务端告诉客户端，我确认并同意你的关闭请求。
• 客户端 <———FIN=1 seq=Y——— 服务端
  服务端向客户端发送FIN包，请求断开连接。此时服务端状态变为LAST_ACK。
• 客户端 ———ACK=1 ack=Y+1———> 服务端
  客户端收到服务端发送的FIN包后回应服务端发送的FIN包，此时客户端进入TIME_WAIT状态。当服务端收到客户端的ACK报文后，关闭连接，变为CLOSED状态。此时客户端等待2MSL(报文段最大生存时间)时间后依然没收到回复，则证明服务端已关闭，此时客户端也关闭连接。