TCP三次握手与四次挥手详解：建立与断开连接的底层逻辑
在计算机网络中，TCP（传输控制协议）通过三次握手建立连接，通过四次挥手终止连接。这两个过程是确保数据可靠传输的核心机制，下面从原理、步骤和应用场景展开分析。
一、三次握手：建立连接的“默契确认”
1. 第一次握手（SYN）
客户端发送一个SYN（同步）报文，携带随机生成的初始序列号（如x=1234567），进入SYN_SENT状态，等待服务器确认。
作用：表明客户端请求建立连接，并同步序列号。
2. 第二次握手（SYN-ACK）
服务器收到SYN报文后，回复一个SYN-ACK报文，携带自己的初始序列号（如y=7654321）和确认号ack=x+1，进入SYN_RECV状态。
作用：确认收到客户端请求，并同步自身序列号。
3. 第三次握手（ACK）
客户端收到SYN-ACK报文后，发送ACK报文确认服务器的序列号（ack=y+1），进入ESTABLISHED状态。服务器收到ACK后也进入该状态，连接建立完成。
作用：确保双方序列号一致，防止旧连接干扰（如历史报文延迟到达）。
核心意义
- 同步序列号：为后续数据传输提供顺序依据。
- 验证可达性：三次交互确认双方通信正常。
- 防止半开连接：避免无效请求占用资源。
二、四次挥手：优雅断连的“礼貌告别”
1. 第一次挥手（FIN）
主动关闭方（如客户端）发送FIN报文，表示数据发送完毕，进入FIN_WAIT_1状态。
注意：此时客户端仍可接收数据。
2. 第二次挥手（ACK）
被动方（服务器）收到FIN后，发送ACK确认（ack=u+1），进入CLOSE_WAIT状态，客户端进入FIN_WAIT_2状态。
作用：确认收到关闭请求，但允许被动方继续发送残留数据。
3. 第三次挥手（FIN）
被动方完成数据发送后，发送FIN报文，进入LAST_ACK状态。
注意：全双工特性要求双方独立关闭连接。
4. 第四次挥手（ACK）
主动方收到FIN后，发送ACK确认（ack=w+1），进入TIME_WAIT状态，等待2MSL（约4分钟）后关闭。被动方收到ACK后立即关闭。
作用：确保ACK可靠传输，避免旧连接报文干扰新连接。
核心意义
- 全双工关闭：允许双方独立完成数据传输。
- 防止数据丢失：TIME_WAIT状态确保延迟报文被丢弃。
- 资源释放：彻底关闭连接，避免端口占用。
三、为什么需要三次握手？为什么四次挥手？
- 三次握手：两次握手可能导致旧连接干扰（如延迟报文被误认为新请求），三次交互可避免此类问题。
- 四次挥手：TCP是全双工协议，需分别关闭双向通道；若仅两次挥手，被动方可能仍有数据未发送。
四、总结
三次握手与四次挥手是TCP协议可靠性的基石：
- 建立连接：通过序列号同步和状态确认，确保双方准备就绪。
- 断开连接：通过全双工关闭和超时机制，避免资源泄漏和数据丢失。
这两个过程虽然增加了通信开销，却为互联网数据传输提供了坚实的保障。