TCP 三次握手与四次挥手过程

TCP 作为一种面向连接的、可靠的传输层协议，其连接管理机制对于保障数据的可靠传输至关重要。

三次握手（建立连接）

三次握手是 TCP 建立连接时所采用的机制，其目的在于确保客户端和服务器双方都具备发送和接收数据的能力，同时协商初始序列号。以下是三次握手的具体步骤：

客户端向服务器发送 SYN 包
客户端想要与服务器建立连接，会向服务器发送一个 SYN（Synchronize Sequence Numbers）包。此包包含客户端的初始序列号（ISN，Initial Sequence Number），假设为 x。这意味着客户端告知服务器自己有发送数据的意愿，并且初始化了序列号。
服务器回应 SYN - ACK 包
服务器接收到客户端的 SYN 包后，会向客户端发送一个 SYN - ACK 包。该包一方面对客户端的 SYN 进行确认（ACK），确认号为 x + 1，表示服务器已正确收到客户端的 SYN 包；另一方面，服务器也发送自己的 SYN 包，包含服务器的初始序列号 y。这表明服务器同意建立连接，同时也初始化了自身的序列号。
客户端发送 ACK 包
客户端收到服务器的 SYN - ACK 包后，会向服务器发送一个 ACK 包。此包的确认号为 y + 1，表示客户端已正确收到服务器的 SYN 包。至此，三次握手完成，客户端和服务器之间的连接成功建立，可以开始传输数据。

以下是一个简单的图示来展示三次握手的过程：

客户端                      服务器|                          ||--- SYN（x） -----------> ||                          || <--- SYN - ACK（y, x + 1）--- ||                          ||--- ACK（y + 1） --------> ||                          |

四次挥手（关闭连接）

四次挥手是 TCP 关闭连接时所采用的机制，其目的是确保双方都能正常关闭连接，避免数据丢失。以下是四次挥手的具体步骤：

客户端向服务器发送 FIN 包
当客户端完成数据传输后，会向服务器发送一个 FIN（Finish）包，表示客户端已经没有数据要发送了，请求关闭连接。该包包含客户端的序列号，假设为 u。
服务器回应 ACK 包
服务器收到客户端的 FIN 包后，会向客户端发送一个 ACK 包，确认号为 u + 1，表示服务器已正确收到客户端的 FIN 包。此时，服务器进入半关闭状态，即服务器还可以向客户端发送数据，但客户端不能再向服务器发送数据。
服务器向客户端发送 FIN 包
当服务器也完成数据传输后，会向客户端发送一个 FIN 包，表示服务器也已经没有数据要发送了，请求关闭连接。该包包含服务器的序列号，假设为 v。
客户端回应 ACK 包
客户端收到服务器的 FIN 包后，会向服务器发送一个 ACK 包，确认号为 v + 1，表示客户端已正确收到服务器的 FIN 包。至此，四次挥手完成，客户端和服务器之间的连接成功关闭。

以下是一个简单的图示来展示四次挥手的过程：

客户端                      服务器|                          ||--- FIN（u） -----------> ||                          || <--- ACK（u + 1） ------- ||                          || <--- FIN（v） ----------- ||                          ||--- ACK（v + 1） --------> ||                          |

综上所述，三次握手和四次挥手是 TCP 连接管理的核心机制，它们确保了数据的可靠传输和连接的正常关闭。

技术细节与生活化比喻

用生活中的对话或交易场景类比，能更直观地理解这些机制如何保障互联网的稳定性。

一、三次握手：建立连接的“双向确认”

技术细节补充：

序列号的作用
- 客户端初始序列号（ISN）通常是随机生成的（如 x），防止历史残留的重复包干扰新连接。
- 服务器的确认号 x+1 表示“我已收到你的 SYN，期待下一个字节的数据”。
- 服务器的 ISN（如 y）同样随机生成，客户端的 ACK 确认 y+1 表示“我已收到你的 SYN”。
为什么需要三次握手？
- 防止重复连接：若网络延迟导致旧 SYN 包后到达，服务器若仅两次握手（如 SYN-ACK）会误以为是新连接，三次握手可避免此类“半开连接”。
- 双向确认：确保双方都能发送和接收数据（例如，客户端可能无法接收服务器的 SYN-ACK，但服务器无法知晓，三次握手可发现问题）。

生活化比喻：
想象你给朋友打电话订外卖：

你拨号（SYN）：“喂，是 XX 餐馆吗？我想订一份披萨。”
餐馆确认（SYN-ACK）：“是的，我这边可以接单，你那边能听清吗？”
你回应（ACK）：“没问题，我可以听清，现在下单。”
此时双方确认沟通正常，订单开始处理。

二、四次挥手：优雅关闭连接的“礼貌告别”

技术细节补充：

FIN 与 ACK 的分离
- 服务器收到 FIN 后，可能仍有数据需要发送（如未完成的响应），因此先回复 ACK，待自身数据发送完毕后再发送 FIN。
- 客户端收到服务器的 FIN 后，需等待 2MSL（最大段生命周期）时间，确保所有数据包已过期，避免干扰后续连接。
状态转换
- 客户端发送 FIN 后进入 FIN_WAIT_1，收到 ACK 后进入 FIN_WAIT_2，收到服务器 FIN 后进入 TIME_WAIT，最后关闭连接。
- 服务器收到 FIN 后进入 CLOSE_WAIT，发送自身 FIN 后进入 LAST_ACK，收到 ACK 后关闭连接。

生活化比喻：
假设你和朋友在电话中聊天：

你说（FIN）：“我这边有点事，先挂了哈。”
朋友回应（ACK）：“好的，我知道了，不过我还有最后一件事要告诉你。”
朋友说完（FIN）：“说完了，再见！”
你确认（ACK）：“再见！”
此时双方都确认对方已无数据要发送，正式结束通话。

常见问题与深入理解

为什么四次挥手需要四次？
- 因为服务器可能需要先处理完剩余数据，再发送 FIN，导致 FIN 和 ACK 分开传输。
SYN 攻击（三次握手的安全隐患）
- 攻击者伪造大量 SYN 请求，耗尽服务器资源（半连接队列溢出）。解决方案：SYN Cookie、缩短超时时间等。
应用场景举例
- 三次握手：浏览器访问网站时，TCP 先建立连接，再发送 HTTP 请求。
- 四次挥手：视频通话结束时，双方依次关闭数据传输通道。