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在网络通信中，TCP（传输控制协议）作为一种面向连接的协议，广泛用于各种数据传输中。为了确保数据的可靠性，TCP采用了三次握手（Three-Way Handshake）和四次挥手（Four-Way Handshake）机制来建立和断开连接。在这篇博客中，我将详细讲解三次握手和四次挥手的过程，帮助你更好地理解TCP连接的建立与终止。

一、什么是三次握手？

三次握手是TCP连接建立的过程，目的是在客户端与服务器之间建立可靠的连接。它保证了双方都能够接收到对方的信号，并且准备好开始数据传输。

三次握手的详细过程

1. 客户端发送SYN包（SYN = 1）

   • 客户端向服务器发送一个SYN（同步序列编号）包，用于初始化连接。SYN包会包含一个客户端初始序列号（ISN），标志着客户端想要与服务器建立连接。
   • 发送时，客户端处于 SYN_SENT 状态。

2. 服务器发送SYN-ACK包（SYN = 1, ACK = 1）

   • 服务器收到客户端的SYN包后，会向客户端返回一个SYN-ACK包，这表示服务器同意建立连接。SYN-ACK包中包括服务器自己的序列号（ISN），并且确认号（ACK）是客户端序列号加1，表示确认客户端的请求。
   • 发送时，服务器处于 SYN_RECEIVED 状态。

3. 客户端发送ACK包（ACK = 1）

   • 客户端收到服务器的SYN-ACK包后，向服务器发送一个ACK包，表示确认收到服务器的响应，并且连接建立成功。此时，客户端的序列号是客户端的ISN + 1，确认号是服务器的ISN + 1。
   • 发送时，客户端进入 ESTABLISHED 状态，表示连接已成功建立。

经过这三步，客户端和服务器之间的TCP连接被建立起来，双方可以开始数据传输。

为什么需要三次握手？

三次握手可以确保以下几点：

• 双方都准备好建立连接：客户端和服务器都在通过相应的SYN包互相确认对方是否准备好。
• 数据包无误传输：双方通过序列号和确认号的交互来确保数据包能够按顺序传输。
• 防止连接混乱：三次握手还可以避免旧的连接请求干扰当前连接的建立。

二、什么是四次挥手？

四次挥手是TCP连接终止的过程，确保连接能够有序地断开。在连接终止时，双方必须完成数据的传输和确认，确保没有丢失数据。

四次挥手的详细过程

1. 客户端发送FIN包（FIN = 1）

   • 当客户端完成数据传输后，它向服务器发送一个FIN（结束）包，表示客户端没有数据要发送了，准备断开连接。
   • 发送时，客户端处于 FIN_WAIT_1 状态。

2. 服务器发送ACK包（ACK = 1）

   • 服务器收到客户端的FIN包后，向客户端发送一个ACK包，表示确认客户端的请求。此时，服务器的连接仍然保持打开状态，允许发送剩余数据。
   • 发送时，服务器处于 CLOSE_WAIT 状态。

3. 服务器发送FIN包（FIN = 1）

   • 服务器在完成所有数据的传输后，向客户端发送一个FIN包，表示服务器也准备断开连接。
   • 发送时，服务器处于 LAST_ACK 状态。

4. 客户端发送ACK包（ACK = 1）

   • 客户端收到服务器的FIN包后，向服务器发送一个ACK包，表示确认服务器的断开请求。此时，客户端的连接完全关闭。
   • 发送时，客户端进入 TIME_WAIT 状态，保持一定时间以确保ACK包的可靠到达，然后最终进入 CLOSED 状态。

经过这四步，客户端与服务器的TCP连接被完全关闭。

为什么需要四次挥手？

四次挥手可以确保以下几点：

• 可靠数据传输：客户端和服务器在断开连接前都确认自己发送的数据已完成。
• 无数据丢失：每个连接关闭的步骤都需要双方确认，确保数据传输过程不丢失。
• 双向断开：由于TCP连接是全双工的，因此双方都需要独立发送FIN包，确保连接的完全断开。

三、总结

• 三次握手：是TCP连接建立的过程，保证了双方都能确认连接的状态，并且准备好开始数据传输。

  • 客户端发送SYN → 服务器回复SYN-ACK → 客户端发送ACK，连接成功建立。

• 四次挥手：是TCP连接断开的过程，确保连接在关闭时双方都完成数据传输，避免数据丢失。

  • 客户端发送FIN → 服务器回复ACK → 服务器发送FIN → 客户端回复ACK，连接完全关闭。

这两种机制是TCP协议可靠传输的核心部分，它们通过确保数据有序传输和确认，提高了网络通信的可靠性与稳定性。