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深入理解TCP：三次握手与四次挥手

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TCP（传输控制协议）是互联网中最重要的协议之一，它保证了数据传输的可靠性。今天，我们将深入探讨TCP连接的建立（三次握手）和终止（四次挥手）过程。

TCP三次握手

TCP使用三次握手来建立连接。这个过程不仅确保了双方都有发送和接收数据的能力，还能同步双方的序列号。

为什么需要三次握手？

  1. 确认双方的发送和接收能力：通过三次交互，双方都能确认对方具有发送和接收数据的能力。

  2. 同步序列号：双方可以交换并确认初始序列号（ISN），这对TCP的可靠传输至关重要。

  3. 防止历史连接的混淆：三次握手可以避免因网络延迟等原因导致的旧连接请求突然到达服务器，从而产生错误连接。

  4. 避免资源浪费：在连接正式建立前就能发现潜在问题，避免分配不必要的资源。

  5. 协商连接参数：双方可以在握手期间协商一些连接参数，如窗口大小等。

三次握手的具体过程

  1. 第一次握手（SYN）：

    • 客户端发送SYN包，包含初始序列号x。
    • 客户端进入SYN-SENT状态。

  2. 第二次握手（SYN-ACK）：

    • 服务器回复SYN-ACK包，确认号为x+1，自己的序列号为y。
    • 服务器进入SYN-RECEIVED状态。

  3. 第三次握手（ACK）：

    • 客户端发送ACK包，确认号为y+1。
    • 连接建立，双方进入ESTABLISHED状态。

TCP四次挥手

当需要终止TCP连接时，会使用四次挥手过程。

为什么是四次挥手？

TCP是全双工通信，这意味着每个方向的连接都需要单独关闭。四次挥手允许每一方独立地决定何时关闭自己这一侧的连接，确保数据传输的完整性。

四次挥手的具体过程

  1. 第一次挥手（FIN from initiator）：

    • 主动关闭方发送FIN包。
    • 进入FIN_WAIT_1状态。

  2. 第二次挥手（ACK from receiver）：

    • 被动方发送ACK确认。
    • 被动方进入CLOSE_WAIT状态。
    • 主动方收到ACK后，进入FIN_WAIT_2状态。

  3. 第三次挥手（FIN from receiver）：

    • 被动方发送FIN包。
    • 被动方进入LAST_ACK状态。

  4. 第四次挥手（ACK from initiator）：

    • 主动方发送ACK确认。
    • 主动方进入TIME_WAIT状态。
    • 被动方收到ACK后关闭连接。
    • 主动方等待2MSL后也关闭连接。

总结

理解TCP的三次握手和四次挥手过程对于深入掌握网络编程和排查网络问题至关重要。这些机制确保了TCP连接的可靠性和数据传输的完整性，是TCP协议成为互联网主要传输协议的关键所在。