“揭秘网络握手与挥别：TCP三次握手和四次挥手全解析“-编程知识

前言

在计算机网络中，TCP（传输控制协议）是一种重要的通信协议，用于在网络中的两台计算机之间建立可靠的连接并交换数据。TCP协议通过“三次握手”和“四次挥手”的过程来建立和终止连接，确保数据的准确传输。

一、三次握手（Three-Way Handshake））

三次握手是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包以确认连接的建立。这个过程主要是为了同步双方的序列号和确认号，并交换TCP窗口大小信息。

在这里插入图片描述

第一次握手：

客户端发送一个TCP的SYN（synchronize）报文段到服务器，其中SYN标志位被设置为1，选择一个初始的序列号x。这表明客户端希望建立连接，并且客户端准备发送数据。

第二次握手：

服务器收到SYN报文段后，如果同意建立连接，则会发送一个SYN+ACK（acknowledge）报文段作为响应。该报文段中SYN标志位被设置为1，ACK标志位也被设置为1，确认号为x+1，同时选择自己的初始序列号y。

第三次握手：

客户端收到服务器的SYN+ACK报文段后，向服务器发送一个ACK报文段，其中ACK标志位被设置为1，序列号为x+1，确认号为y+1。这表明客户端收到了服务器的确认，且客户端准备好了发送数据。

至此，三次握手完成，客户端与服务器之间建立了连接，可以开始数据传输。

如图：

在这里插入图片描述

为什么是三次握手而不是两次？

1. 防止旧连接请求的干扰

在网络通信中，由于网络延迟或其他因素，一个旧的连接请求可能会在网络中滞留，并在不适当的时间到达服务器。如果只用两次握手建立连接，服务器收到一个客户端的连接请求（SYN）后，直接回复确认（ACK）并建立连接，那么即使这个请求是一个过时的请求，连接也会被建立。

2. 确认双方的接收与发送能力

如果使用两次握手，服务器在收到过时的连接请求后就立即分配资源建立连接，这将导致服务器资源的浪费，因为客户端实际上并不期望建立这个过时的连接。三次握手通过确保双方都明确表示了建立当前连接的意图，避免了因误建立过时连接而浪费服务器资源。

三次握手通过一个额外的回合来确保双方都准备好进行数据传输。在第三次握手中，客户端发送ACK确认后，这个确认也告诉服务器，客户端确实准备好了接收服务器的数据。如果没有这个额外的确认，就没有办法保证客户端真的准备好了接收数据。

二、四次挥手（Four-Way Handshake）

在TCP（传输控制协议）中，当数据传输完成后，连接的终止过程需要通过一个称为“四次挥手”（Four-way Handshake）的过程来实现。这个过程确保了双方数据传输的完整性和连接的可靠终止。

第一次挥手：

客户端发送关闭连接请求报文（FIN）给服务器。
客户端进入FIN_WAIT_1状态，等待服务器的确认。

第二次挥手：

服务器收到关闭连接请求后，发送确认报文（ACK）给客户端。
服务器进入CLOSE_WAIT状态，等待自己的发送通道关闭。

第三次挥手：

服务器发送关闭连接请求报文（FIN）给客户端。
服务器进入LAST_ACK状态，等待客户端的确认。

第四次挥手：

客户端收到关闭连接请求后，发送确认报文（ACK）给服务器。
客户端进入TIME_WAIT状态，等待一段时间后连接彻底关闭。
服务器收到客户端的确认后，关闭连接。

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如果上面大家没有看明白的话，我们可以通过一个日常生活中的比喻来重新梳理和理解这一过程。

假设两位好朋友A和B在一天的结束时准备告别：

A是客户端，而B是服务器。他们的告别过程可以分为以下四个步骤：

第一次挥手：A表达离开意愿

场景比喻：A对B说：“我得走了。”
技术解释：A（客户端）向B（服务器）发送一个FIN报文，表示自己没有数据要发送了，并希望开始关闭连接。

第二次挥手：B确认收到

场景比喻：B回应：“好的，我知道了。但让我再检查一下是否还有最后的话要说。”
技术解释：B收到FIN报文后，发送一个ACK报文作为响应，确认已经知道A想要结束会面。这时，B可能还有数据需要发送给A，所以并不立即发送FIN报文。

第三次挥手：B也表达离开意愿

场景比喻：B说完所有话后，对A说：“我也得走了。”
技术解释：B发送一个FIN报文给A，表示服务器端没有数据要发送了，并希望关闭连接。

第四次挥手：A确认并准备离开

场景比喻：A回应：“好的，那再见。”然后A等待片刻，确保B听到了自己的回应，防止B没听清楚而继续等待。
技术解释：A收到B的FIN报文后，发送一个ACK报文作为回应，并进入TIME_WAIT状态。A等待足够的时间以确保B收到了确认的消息，然后才真正结束连接。

通过这个过程，A和B确保了彼此都已经完成了数据的发送和接收，且双方都同意关闭连接。这个细致的过程体现了TCP协议的设计原则，旨在保障数据传输的完整性和连接的可靠终止。

小结

三次握手和四次挥手是TCP协议中非常重要的过程，它们确保了网络通信的可靠性和顺畅性。通过这两个过程，TCP协议能够在不可靠的互联网环境中提供可靠的端到端通信。