筆記 | 面試又掛了，只因問了：TCP三次握手和四次揮手

面試官：跟我講講TCP的三次握手和四次揮手流程，爲什麼是三次握手或四次揮手？

面試者：額......不太記得了.....gg..

在前面的文章知道，《TCP與UDP的區別》，到《TCP是如何保證可靠性》。那麼接下來就是TCP的核心了，即TCP的可靠性依賴其：三次握手和四次揮手。

先思考下這三個面試題：

1、TCP 爲什麼三次握手而不是兩次握手？

2、爲什麼連接的時候是三次握手，關閉的時候卻是四次握手？

3、爲什麼TIME_WAIT狀態需要經過2MSL(最大報文段生存時間)才能返回到CLOSE狀態？

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並交換 TCP窗口大小信息。

tcp三次握手和四次揮手交互圖：

三次握手：

第一次握手：建立連接。客戶端發送連接請求報文段，將 SYN 位置爲1， Sequence Number 爲x；然後，客戶端進入 SYN_SEND 狀態，等待服務器的確認；
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 爲x+1( Sequence Number +1)；同時，自己自己還要發送 SYN 請求信息，將 SYN 位置爲1， Sequence Number 爲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，一併發送給客戶端，此時服務器進入 SYN_RECV 狀態；
第三次握手：客戶端收到服務器的 SYN+ACK 報文段。然後將 Acknowledgment Number 設置爲y+1，向服務器發送 ACK 報文段，這個報文段發送完畢以後，客戶端和服務器端都進入 ESTABLISHED 狀態，完成TCP三次握手。

四次揮手：

第一次揮手：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；
第二次揮手：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 爲 Sequence Number 加1；主機1進入 FIN_WAIT_2 狀態；主機2告訴主機1，我“同意”你的關閉請求；
第三次揮手：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 LAST_ACK 狀態；
第四次揮手：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，然後主機1進入 TIME_WAIT 狀態；主機2收到主機1的 ACK 報文段以後，就關閉連接；此時，主機1等待2MSL後依然沒有收到回覆，則證明Server端已正常關閉，那好，主機1也可以關閉連接了。

三次握手可以簡單通俗理解爲：

1）A要跟B聊天，問B在嗎（收到了嗎）？（SYN）

2）B收到A，B回覆A說收到了，那我們開始吧。（ACK+SYN）

3）A收到B的回覆，A：那我們開始聊天（數據傳輸）。（ACK）

四次揮手可以簡答理解爲：

1）A跟B說，我要停止聊天了，你（B）還在嗎？準備中斷聊天了（FIN）

2）B收到A的消息，B回覆A說：我在。（ACK）

3）B再發一條消息給A說，A你可以停止了。（FIN）

4）A收到B說可以停止發消息了，A回覆B說：收到！（ACK）

1、TCP 爲什麼三次握手而不是兩次握手？

爲了實現可靠數據傳輸，TCP 協議的通信雙方，都必須維護一個序列號，以標識發送出去的數據包中，哪些是已經被對方收到的。三次握手的過程即是通信雙方相互告知序列號起始值，並確認對方已經收到了序列號起始值的必經步驟。如果只是兩次握手，至多隻有連接發起方的起始序列號能被確認，另一方選擇的序列號則得不到確認。

2、爲什麼連接的時候是三次握手，關閉的時候卻是四次握手？

答：因爲當Server端收到Client端的SYN連接請求報文後，可以直接發送SYN+ACK報文。其中ACK報文是用來應答的，SYN報文是用來同步的。但是關閉連接時，當Server端收到FIN報文時，很可能並不會立即關閉SOCKET，所以只能先回復一個ACK報文，告訴Client端，"你發的FIN報文我收到了"。只有等到我Server端所有的報文都發送完了，我才能發送FIN報文，因此不能一起發送。故需要四步握手。

3、爲什麼TIME_WAIT狀態需要經過2MSL(最大報文段生存時間)才能返回到CLOSE狀態？

答：雖然按道理，四個報文都發送完畢，我們可以直接進入CLOSE狀態了，但是我們必須假象網絡是不可靠的，有可能最後一個ACK丟失。所以TIME_WAIT狀態就是用來重發可能丟失的ACK報文。

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