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🤼专栏收录于：计算机网络原理

在使用TCP协议进行网络交互时，TCP会进行三次握手即建立连接，TCP四次挥手即断开连接。三次握手与四次挥手后就完成了网络交互，这样的操作也叫TCP的连接管理机制，本篇博文将详细介绍TCP通信过程和三次握手、四次挥手过程。

1、TCP通信过程

1.1 TCP首部报头

1.2 TCP通信过程

2、三次握手

2.1 三次握手流程

2.2 为什么要三次握手

3、四次挥手

3.2 为什么要四次挥手

1、TCP通信过程

1.1 TCP首部报头

TCP首部（TCP Header）是TCP协议中的报头部分，它跟随在IP报头后面。TCP报头通常由20个字节组成，其中包括了一些标志位、序列号、确认号、端口号等信息，用于在TCP通信中控制和传递数据。

源端口号/目的端口号：表示数据的发送方与数据的接受方端口号

32位序号/32位确认序号：TCP将每个字节的数据都进行了编号即为序列号。

6位标志位：TCP的6位标志位默认为0，当返回相应的报文时，会把该报文位设置位1。

URG（Urgent）：表示是否包含紧急数据。

ACK（Acknowledgment）：表示确认号是否有效。

PSH（Push）：表示是否立即推送。

RST（Reset）：表示连接是否复位。携带RST标识的称为复位报文段。

SYN（Synchronize）：表示同步请求/应答。携带SYN标识的称为同步报文段

FIN（Finish）：表示传输结束。携带FIN标识的为结束报文段。

当TCP客户端和服务器建立连接时，它们会共同存储一些连接状态信息，以便在数据传输和连接释放的过程中使用。这些状态信息包括：

序列号（Sequence Number）：用于对TCP数据段进行排序和重组。
确认号（Acknowledgment Number）：用于确认在连接过程中收到的数据段的数量。
窗口大小（Window Size）：用于指定接收端能够接收的数据量大小。
状态标志（Flags）：用于指定TCP连接的状态、数据段类型和连接状态的变化等信息。
超时时间（Timeout）：用于指定数据段传输时间的最大限制，超过该限制则认为连接出现了问题。

1.2 TCP通信过程

TCP通信过程模拟：

我们观察到主机A 向主机B 传输数据时，提供了以 1000 为单位的编号。这些编号称为 序列号。

我们可认为主机A 向主机B 发送数据为一个请求即 SYN。TCP给这个请求随机分配一个序列号即SEQ。

并且主机B 在收到主机A 的数据后会作出回应，这个回应称之为即 ACK。只有接收方返回 ACK 后，这样的通信才算完成。

确认序列号 的是序列号的下一个字节数。当 SYN 请求序列号为 1000，则 ACK 确认序列号为 1001，对照上图、下图进行理解。

注意，以上的 SYN 和 ACK 是怎样进行传输的呢，我们知道6位标志位默认为0，第1位到第6位分别为：URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN 。当要进行 SYN 请求时，则传输000010。当要进行 ACK 确认序列号时则传输 010000。

2、三次握手

握手（handshake）指通信双方进行网络交互，TCP 建立连接时客户端与服务器之间需要进行三次交互来完成连接。

建立连接一定是客户端向服务器发起的，在 TCP 协议下客户端首先向服务器发送建立连接请求即 SYN 报文段，服务器在接受到请求后会返回 ACK 确认序号。

服务器为了确保与客户端建立连接会向客户端也发送 SYN 报文段，客户端再返回 ACK 确认序号。这样客户端与服务器就完成了连接。

举例说明：

张三想与如花确定男女朋友关系，首先张三向如花发送求爱请求：“你可以做我的唯一吗？”（SYN）。

如花答应张三并返回确认信息：“我愿意”（ACK），但如花想张三也是她的唯一也向扎张三发送信息：“你也愿意做我的唯一吗？”（SYN）。

张三回复：“我愿意”（ACK）。

以上过程看似是四次交互，但实际中间两次交互可合并为一条交互，因此上述过程为三次握手。

只有双方都确定了彼此之间的信息这样才能完成建立连接。TCP中可通过序列号、确认号来保存彼此之间信息，在本文上方TCP通信过程中有详细讲解。

2.1 三次握手流程

1）当客户端向服务器发送请求时，会发送 SYN 报文段给服务器。

2）服务器在收到客户端的请求后，会回复 ACK 确认序列号。

3）服务器为了保证连接也会向客户端发送给 SYN 报文段。

4）客户端收到服务器的请求回复 ACK 确认序列号。

在上方 TCP 通信过程中，我们知道了 TCP 的报头有6位标志位，标志位默认为0。当需要相关操作时就会把某位标志位置为1，为了避免浪费资源，可把这两个操作合并在一起。

服务器向客服端发送 ACK 和 SYN 操作时就可以合并在一起，也就是 ACK 位和 SYN 位都置为1。看似是四次握手实际上只用了三次交互，因此我们称为三次握手，对照下图进行理解。

2.2 为什么要三次握手

防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，从而导致服务端开启多个连接。

连接请求报文段正好在网络中滞留比较久，以至于延误到相应的确认没有足够的时候到达服务端，使得服务端误判连接id。

网络中出现了延迟的重传，因此服务端在已经建立了连接的情况下又收到了连接建立请求，如果没有三次握手情况下，会认为这是一个新的连接请求，从而重复建立新的连接。

3、四次挥手

四次挥手是TCP协议关闭连接时的一种基本过程，它的主要目的是确保双方的数据传输和处理都已经完成。具体来说，四次挥手主要包括以下步骤：

发起关闭请求的一方（假设是客户端）发送一个FIN （finish）请求，表示“我已经没有数据要发给你了”。
接收到FIN请求的另一方（假设是服务器）发送一个ACK确认报文，表示“我已经收到了你发来的关闭请求”。
接收到ACK确认报文的发起关闭请求的一方（即客户端）等待自己发送数据的过程完成并准备好关闭连接后，再次发送一个FIN请求，表示“我的数据发完了，我准备关闭连接”。
接收到最后一个FIN请求的另一方（即服务器）再次发送一个ACK报文，表示“我已经收到了你的关闭请求，确认关闭连接”。

这样，四次挥手就完成了。需要注意的是，关闭连接的两端都需要发送FIN请求和ACK确认请求，因为TCP协议是一种双向通信协议。在四次挥手过程中，客户端和服务器都需要确认对方的关闭请求，并相互发送ACK报文确认，以确保连接正常关闭。通过四次挥手，双方都能够顺利地关闭连接并释放资源。

四次挥手过程：

此处的四次握手的 ACK 和 FIN 为啥不能合并为一次，根据上述四次挥手过程进行解析：

连接的第一次关闭是客户端发送FIN请求，服务器返回ACK确认请求。这个请求的作用是告诉服务器，客户端已经没有数据要发送了，希望关闭连接。在这个阶段中，服务器只是确认收到了客户端发来的FIN请求，还可以继续发送数据给客户端。

连接的第二次关闭是服务器发送FIN请求，客户端回复ACK确认请求。这个请求的意义是告诉客户端，服务器也没有数据要发送了，希望关闭连接。在这个阶段中，客户端收到了服务器的FIN请求，可能还会发送一些最后的数据到服务器，然后再发送ACK确认请求。如果将第一次和第二次的请求合并在一起，服务器就无法获知客户端是否真正结束了数据的发送，可能会误认为客户端还在发送数据。