3.TCP的三次握手和四次挥手

 一、前置知识

  TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。在传输数据前通信双方必须建立连接（所谓连接，是指客户端和服务端各自保存一份关于对方的信息，比如ip地址，端口号等）。TCP通过三次握手建立一个连接，通过四次挥手释放一个连接。

  在了解TCP连接前，先了解TCP报文的头部结构：

  TCP报文段的头部结构主要包含以下几个部分：
1.源端口和目的端口（Source port，Destination port）：这两个字段用来标识发送端和接收端的端口号，占16位。
2.序列号（Sequence number）：占32位，用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流。当发起方发送数据时，会对这些数据进行标记，确保数据的有序性和完整性。（seq）
3.确认序号（Acknowledgement number）：占32位，只有在ACK标志位为1时，这个字段才有效。它表示接收方已经成功接收到的数据的序列号（ack=seq+1）。
4.标志位：占6位，包含URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等标志。其中ACK表示确认序号有效，FIN表示释放一个连接，SYN表示发起一个新连接。

二、TCP的三次握手

  三次握手就是通过三次数据包的交换，来确认通信双方收发数据的能力。

1. 一开始，客户端和服务端都处于CLOSE状态，服务端监听客户端的请求，进入LISTEN状态。
2. 第一次握手（客户端发送连接请求）：客户端会向服务端发送一个SYN包，里面包含了客户端的初始序列号。然后客户端进入SYN_SENT状态。
3. 第二次握手（服务端确认收到了客户端的连接请求）：回复客户端一个SYN+ACK包，里面包含确认信息（表示收到了客户端的SYN包）和服务端的初始序列号。然后服务端进入SYN_RCVD（received的缩写）状态。
4. 第三次握手（客户端收到服务端的确认后，再次向服务端确认）：再回复一个ACK包给服务端。然后客户端进入ESTABLISHED状态，当服务端接收到这个ACK包后，也进入ESTABLISHED状态。
5. 这样客户端和服务端之间就建立了一个可靠的连接，可以开始传输数据。

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三、TCP的四次挥手

1. 数据传输结束后，通信双方都可以主动发起释放连接请求，假设由客户端发起。
2. 第一次挥手（客户端发送释放连接请求）：客户端向服务端发送一个FIN包，并附带一个序列号。然后，客户端进入FIN_WAIT1状态。
3. 第二次挥手（服务端确认收到了客户端释放连接的请求）：回复一个ACK包，同时包含一个确认号。然后，服务端进入CLOSE_WAIT状态（此时服务端还没准备好释放连接,可能还有数据要处理），当客户端收到服务端的这个ACK包后，进入FIN_WAIT2状态。
4. 第三次挥手（服务端也已经准备好释放连接）：向客户端发送一个FIN包，并附带一个序列号。然后，服务端进入LAST_ACK状态，表示等待来自客户端的最后一个ACK包。
5. 第四次挥手（客户端确认服务端也已经准备好释放连接）：就回复一个ACK包，但是此时客户端不会马上关闭连接，而是进入TIME_WAIT状态，等待某个固定时间（2MSL，2 Maximum Segment LifeTime，两倍的最长报文段生命周期），目的是防止这个ACK包丢失，导致服务端没有收到客户端关闭连接的确认，没有关闭连接，就会超时重传FIN包。那么等待这个固定时间后（即是确保服务端已经正常关闭连接后），客户端才关闭连接，进入CLOSED状态。当服务端收到这个ACK包后，就关闭连接，进入CLOSED状态。
6. 这样就成功释放连接了。

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