? ? ? ? ? 簡析TCP的三次握手與四次揮手
TCP是什么？
具體的關于TCP是什么，我不打算詳細的說了；當你看到這篇文章時，我想你也知道TCP的概念了，想要更深入的了解TCP的工作，我們就繼續。它只是一個超級麻煩的協議，而它又是互聯網的基礎，也是每個程序員必備的基本功。首先來看看OSI的七層模型：（osi開放式系統互聯）
我們需要知道TCP工作在網絡OSI的七層模型中的第四層——Transport層，IP在第三層——Network層，ARP在第二層——Data Link層；在第二層上的數據，我們把它叫Frame，在第三層上的數據叫
Packet，第四層的數據叫Segment。同時，我們需要簡單的知道，數據從應用層發下來，會在每一層都會加上頭部信息，進行封裝，然后再發送到數據接收端。這個基本的流程你需要知道，就是每個數據都會經過數據的封裝和解封裝的過程。在OSI七層模型中，每一層的作用和對應的協議如下：
TCP是一個協議，那這個協議是如何定義的，它的數據格式是什么樣子的呢？要進行更深層次的剖析，就需要了解，甚至是熟記TCP協議中每個字段的含義。哦，來吧。
特別重要：
上面就是TCP協議頭部的格式，由于它太重要了，是理解其它內容的基礎，下面就將每個字段的信息都詳細的說明一下。
Source Port和Destination
Port:分別占用16位，表示源端口號和目的端口號；用于區別主機中的不同進程，而IP地址是用來區分不同的主機的，源端口號和目的端口號配合上IP首部中的源IP地址和目的IP地址就能唯一的確定一個TCP連接；
Sequence Number:用來標識從TCP發端向TCP收端發送的數據字節流，它表示在這個報文段中的的第一個數據字節在數據流中的序號；主要用來解決網絡報亂序的問題；
Acknowledgment Number:32位確認序列號包含發送確認的一端所期望收到的下一個序號，因此，確認序號應當是上次已成功收到數據字節序號加1。不過，只有當標志位中的ACK標志（下面介紹）為1時該確認序列號的字段才有效。主要用來解決不丟包的問題；
Offset:給出首部中32 bit字的數目，需要這個值是因為任選字段的長度是可變的。這個字段占4bit
（最多能表示15個32bit的的字，即4*15=60個字節的首部長度），因此TCP最多有60字節的首部。然而，沒有任選字段，正常的長度是20字節；
TCP Flags:TCP首部中有6個標志比特，它們中的多個可同時被設置為1，主要是用于操控TCP的狀態機的，依次為URG，ACK，PSH，RST，SYN，FIN。每個標志位的意思如下：
URG：此標志表示TCP包的緊急指針域（后面馬上就要說到）有效，用來保證TCP連接不被中斷，并且督促中間層設備要盡快處理這些數據；
ACK：此標志表示應答域有效，就是說前面所說的TCP應答號將會包含在TCP數據包中；有兩個取值：0和1，為1的時候表示應答域有效，反之為0；
PSH：這個標志位表示Push操作。所謂Push操作就是指在數據包到達接收端以后，立即傳送給應用程序，而不是在緩沖區中排隊；
RST：這個標志表示連接復位請求。用來復位那些產生錯誤的連接，也被用來拒絕錯誤和非法的數據包；
SYN：表示同步序號，用來建立連接。SYN標志位和ACK標志位搭配使用，當連接請求的時
候，SYN=1，ACK=0；連接被響應的時候，SYN=1，ACK=1；這個標志的數據包經常被用來進行端口掃描。掃描者發送一個只有SYN的數據包，如果對方主機響應了一個數據包回來，就表明這臺主機存在這個端口；但是由于這種掃描方式只是進行TCP三次握手的第一次握手，因此這種掃描的成功表示被掃描的機器不很安全，一臺安全的主機將會強制要求一個連接嚴格的進行TCP的三次握手；
FIN：表示發送端已經達到數據末尾，也就是說雙方的數據傳送完成，沒有數據可以傳送了，發送FIN標志位的TCP數據包后，連接將被斷開。這個標志的數據包也經常被用于進行端口掃描。
Window:窗口大小，也就是有名的滑動窗口，用來進行流量控制；這是一個復雜的問題，這篇博文中并不會進行總結的；
好了，基本知識都已經準備好了，開始下一段的征程吧。
三次握手又是什么？
TCP是面向連接的，無論哪一方向另一方發送數據之前，都必須先在雙方之間建立一條連接。在TCP/IP協議中，TCP協議提供可靠的連接服務，連接是通過三次握手進行初始化的。三次握手的目的是同步連接雙方的序列號和確認號并交換TCP窗口大小信息。這就是面試中經常會被問到的TCP三次握手。只是了解TCP三次握手的概念，對你獲得一份工作是沒有任何幫助的，你需要去了解TCP三次握手中的一些細節。先來看圖說話。
多么清晰的一張圖，當然了，也不是我畫的，我也只是引用過來說明問題了。
1.第一次握手：建立連接。客戶端發送連接請求報文段，將SYN位置為1，Sequence Number為x；然后，客戶端進入SYN_SEND狀態，等待服務器的確認；
2.第二次握手：服務器收到SYN報文段。
服務器收到客戶端的SYN報文段，需要對這個SYN報文段進行確認，設置Acknowledgment
Number為x+1(Sequence Number+1)；同時，自己還要發送SYN請求信息，將SYN位置為1，Sequence
Number為y；服務器端將上述所有信息放到一個報文段
（即SYN+ACK報文段）中，一 并發送給客戶端，此時服務器進入SYN_RECV狀態；
3.第三次握手：客戶端收到服務器的SYN+ACK報文段。然后將Acknowledgment Number設置為y+1，向服務器發送ACK報文段，這個報文段發送完畢以后，客戶端和服務器端都進入ESTABLISHED狀態，完成TCP三次握手。完成了三次握手，客戶端和服務器端就可以開始傳送數據。以上就是TCP三次握手的總體介紹。
那四次分手呢？
當客戶端和服務器通過三次握手建立了TCP連接以后，當數據傳送完畢，肯定是要斷開TCP連接的啊。
那對于TCP的斷開連接，這里就有了神秘的“四次分手”。
1.第一次分手：主機1（可以使客戶端，也可以是服務器端），設
置Sequence Number和Acknowledgment Number，向主機2發送一個FIN報文段；此時，主機1進入FIN_WAIT_1狀態；這表示主機1沒有數據要發送給主機2了；
主機1—FIN—>主機2（確認沒有數據傳了）
2.第二次分手：主機2收到了主機1發送的FIN報文段，向主機1回一個ACK報文
段，Acknowledgment Number為Sequence Number加1；主機1進入FIN_WAIT_2狀態；主機2告訴主機
1，我也沒有數據要發送了，可以進行關閉連接了；
主機2—ACK—>主機1（確認沒有數據傳了）
3.第三次分手：主機2向主機1發送FIN報文段，請求關閉連接，同時主機2進入CLOSE_WAIT狀態；
主機2—FIN—>主機1（請求關閉）
4.第四次分手：主機1收到主機2發送的FIN報文段，向主機2發送ACK報文段，然后主機1進入TIME_WAIT狀態；主機2收到主機1的ACK報文段以后，就關閉連接；此時，主機1等待2MSL后依然沒有收到回復，則證明Server端已正常關閉，那好，主機1也可以關閉連接了。
至此，TCP的四次分手就這么愉快的完成了。當你看到這里，你的腦子里會有很多的疑問，很多的不懂，感覺很凌亂；沒事，我們繼續總結。
為什么要三次握手
既然總結了TCP的三次握手，那為什么非要三次呢？怎么覺得兩次就可以完成了。那TCP為什么非要進行三次連接呢？在謝希仁的《計算機網絡》中是這樣說的：
為了防止已失效的連接請求報文段突然又傳送到了服務端，因而產生錯誤。
在書中同時舉了一個例子，如下：
“已失效的連接請求報文段”的產生在這樣一種情況下：client發出的第一個連接請求報文段并沒有丟失，而是在某個網絡結點長時間的滯留了，以致延誤到連接釋放以后的某個時間才到達server。
本來這是一個早已失效的報文段。但server收到此失效的連接請求報文段后，就誤認為是client再次發出的一個新的連接請求。于是就向client發出確認報文段，同意建立連接。假設不采用“三次握手”，那么只要server發出確認，新的連接就建立了。由于現在client并沒有發出建立連接的請求，因此不會理睬server的確認，也不會向server發送數據。但server卻以為新的運輸連接已經建立，并一直等待client發來數據。這樣，server的很多資源就白白浪費掉了。采用“三次握手”的辦法可以防止上述現象發生。例如剛才那種情況，client不會向server的確認發出確認。server由于收不到確認，就知道client并沒有要求建立連接。”
這就很明白了，防止了服務器端的一直等待而浪費資源。
為什么要四次分手
那四次分手又是為何呢？TCP協議是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的運輸層通信協議。TCP是全雙工模式，這就意味著，當主機1發出FIN報文段時，只是表示主機1已經沒有數據要發送了，主機1告訴主機2，它的數據已經全部發送完畢了；但是，這個時候主機1還是可以接受來自主機2的數據；當主機2返回ACK報文段時，表示它已經知道主機1沒有數據發送了，但是主機2還是可以發送數據到主機1的；當主機2也發送了FIN報文段時，這個時候就表示主機2也沒有數據要發送了，就會告訴主機1，我也沒有數據要發送了，之后彼此就會愉快的中斷這次TCP連接。如果要正確的理解四次分手的原理，就需要了解四次分手過程中的狀態變化。
FIN_WAIT_1:這個狀態要好好解釋一下，其實FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2狀態的真正含義都是表示等待對方的FIN報文。而這兩種狀態的區別是：FIN_WAIT_1狀態實際上是當SOCKET在
ESTABLISHED狀態時，它想主動關閉連接，向對方發送了FIN報文，此時該SOCKET即進入
到FIN_WAIT_1狀態。而當對方回應ACK報文后，則進入到FIN_WAIT_2狀態，當然在實際的正常情況下，無論對方何種情況下，都應該馬上回應ACK報文，所以FIN_WAIT_1狀態一般是比較難見到的，而FIN_WAIT_2狀態還有時常常可以用netstat看到。（主動方）
FIN_WAIT_2：上面已經詳細解釋了這種狀態，實際上FIN_WAIT_2狀態下的SOCKET，表示半連接，也即有一方要求close連接，但另外還告訴對方，我暫時還有點數據需要傳送給你(ACK信息)，稍后再關閉連接。（主動方）
CLOSE_WAIT：這種狀態的含義其實是表示在等待關閉。怎么理解呢？當對方close一個SOCKET后發送FIN報文給自己，你系統毫無疑問地會回應一個ACK報文給對方，此時則進入到CLOSE_WAIT狀態。接下來呢，實際上你真正需要考慮的事情是察看你是否還有數據發送給對方，如果沒有的話，那么你也就可以close這個SOCKET，發送FIN報文給對方，也即關閉連接。所以你在CLOSE_WAIT狀態下，需要完成的事情是等待你去關閉連接。（被動方）
LAST_ACK:這個狀態還是比較容易好理解的，它是被動關閉一方在發送FIN報文后，最后等待對方
的ACK報文。當收到ACK報文后，也即可以進入到CLOSED可用狀態了。（被動方）
TIME_WAIT:表示收到了對方的FIN報文，并發送出了ACK報文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用狀態了。如果FINWAIT1狀態下，收到了對方同時帶FIN標志和ACK標志的報文時，可以直接進入
到TIME_WAIT狀態，而無須經過FIN_WAIT_2狀態。（主動方）
CLOSED:表示連接中斷。
我想你應該懂了
總結到這里，也該結束了，但是對于TCP的學習遠還沒有結束。TCP是一個非常復雜的協議，這里稍微總結了一下TCP的連接與斷開連接是發生的事情，其中還有很多的“坑”，讓我們后續有時間再繼續填吧。好了，完畢！
2016年3月28日于大連
王輝
