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TCP三次握手与四次挥手

介绍​

TCP（传输控制协议）是互联网中最常用的协议之一，它负责在网络上可靠地传输数据。为了确保通信的可靠性，TCP在建立连接和断开连接时分别使用了三次握手和四次挥手的机制。本文将详细介绍这两个过程，并通过实际案例帮助你理解它们的工作原理。

TCP三次握手​

什么是三次握手？​

三次握手是TCP协议在建立连接时使用的机制。它确保客户端和服务器双方都准备好进行通信，并且双方都知道对方的初始序列号（Sequence Number）。这个过程分为三个步骤：

  1. SYN：客户端向服务器发送一个SYN（同步）包，请求建立连接。
  2. SYN-ACK：服务器收到SYN包后，回复一个SYN-ACK（同步-确认）包，表示同意建立连接。
  3. ACK：客户端收到SYN-ACK包后，再发送一个ACK（确认）包，确认连接已建立。

三次握手的详细过程​

  1. 第一步：客户端发送SYN包
    客户端选择一个初始序列号（Seq = x），并发送一个SYN包给服务器。此时客户端进入SYN_SENT状态。

  2. 第二步：服务器回复SYN-ACK包
    服务器收到SYN包后，选择一个初始序列号（Seq = y），并发送一个SYN-ACK包给客户端。ACK值为x+1，表示服务器已经收到了客户端的SYN包。此时服务器进入SYN_RECEIVED状态。

  3. 第三步：客户端发送ACK包
    客户端收到SYN-ACK包后，发送一个ACK包给服务器。ACK值为y+1，表示客户端已经收到了服务器的SYN-ACK包。此时连接正式建立，双方进入ESTABLISHED状态。

为什么需要三次握手？​

三次握手的主要目的是确保双方都能正常收发数据，并防止因网络延迟导致的错误连接。如果没有三次握手，可能会因为旧的SYN包在网络中滞留而导致服务器误认为客户端请求建立连接。

TCP四次挥手​

什么是四次挥手？​

四次挥手是TCP协议在断开连接时使用的机制。它确保双方都能正常关闭连接，并且所有数据都已传输完毕。这个过程分为四个步骤：

  1. FIN：客户端或服务器发送一个FIN（结束）包，表示希望关闭连接。
  2. ACK：接收方回复一个ACK包，确认收到FIN包。
  3. FIN：接收方发送一个FIN包，表示自己也准备关闭连接。
  4. ACK：发送方回复一个ACK包，确认收到FIN包。

四次挥手的详细过程​

  1. 第一步：客户端发送FIN包
    客户端发送一个FIN包给服务器，表示自己已经完成数据发送，并希望关闭连接。此时客户端进入FIN_WAIT_1状态。

  2. 第二步：服务器回复ACK包
    服务器收到FIN包后，发送一个ACK包给客户端，表示已经收到FIN包。此时服务器进入CLOSE_WAIT状态，客户端进入FIN_WAIT_2状态。

  3. 第三步：服务器发送FIN包
    服务器完成数据发送后，发送一个FIN包给客户端，表示自己也准备关闭连接。此时服务器进入LAST_ACK状态。

  4. 第四步：客户端回复ACK包
    客户端收到FIN包后，发送一个ACK包给服务器，确认收到FIN包。此时客户端进入TIME_WAIT状态，等待一段时间后关闭连接。服务器收到ACK包后，关闭连接。

为什么需要四次挥手？​

四次挥手的主要目的是确保双方都能正常关闭连接，并且所有数据都已传输完毕。如果没有四次挥手，可能会导致一方已经关闭连接，而另一方还在发送数据，从而造成数据丢失。

实际案例​

案例1：Web服务器与浏览器的通信​

当你在浏览器中访问一个网站时，浏览器会通过TCP协议与Web服务器建立连接。以下是具体步骤：

  1. 三次握手：浏览器发送SYN包，服务器回复SYN-ACK包，浏览器发送ACK包，连接建立。
  2. 数据传输：浏览器发送HTTP请求，服务器返回HTTP响应。
  3. 四次挥手：浏览器发送FIN包，服务器回复ACK包，服务器发送FIN包，浏览器回复ACK包，连接关闭。

案例2：文件传输​

当你使用FTP（文件传输协议）下载文件时，客户端和服务器之间也会通过TCP协议进行通信。以下是具体步骤：

  1. 三次握手：客户端发送SYN包，服务器回复SYN-ACK包，客户端发送ACK包，连接建立。
  2. 数据传输：客户端发送文件请求，服务器返回文件数据。
  3. 四次挥手：客户端发送FIN包，服务器回复ACK包，服务器发送FIN包，客户端回复ACK包，连接关闭。

总结​

TCP的三次握手和四次挥手是确保网络通信可靠性的重要机制。通过三次握手，客户端和服务器可以确认彼此的初始序列号并建立连接；通过四次挥手，双方可以安全地关闭连接并确保所有数据都已传输完毕。

附加资源与练习​

  • 练习1：使用Wireshark抓包工具，观察TCP三次握手和四次挥手的过程。
  • 练习2：编写一个简单的TCP客户端和服务器程序，模拟三次握手和四次挥手的过程。
  • 资源推荐：
提示

如果你对TCP协议的其他特性感兴趣，可以继续学习滑动窗口、拥塞控制等内容。