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TCP协议的三次握手（Three-way Handshake）和四次挥手（Four-way Handshake）是建立和终止可靠网络连接的核心机制,它们确保了通信双方能够同步状态并安全地交换数据;

TCP连接的常用术语

术语	全称	含义说明
SYN	Synchronous	建立连接标志位。用于发起连接请求，携带初始序列号（ISN）。在三次握手中前两次出现。
ACK	Acknowledgement	确认标志位。表示已收到数据，携带确认号（Acknowledge number）。建立连接后所有报文必须设置ACK=1。
PSH	Push	推送标志位。要求接收方立即将数据提交给应用层（而非等待缓冲区满）。常见于HTTP请求/响应报文。
FIN	Finish	终止连接标志位。表示发送方数据已发送完毕，请求关闭连接。在四次挥手中由双方各发送一次。
RST	Reset	复位标志位。强制中断异常连接（如端口未监听、处理超时），接收方会立即释放资源。
URG	Urgent	紧急标志位。表示报文包含紧急数据，需优先处理（配合紧急指针使用）。实际应用较少。
Seq	Sequence Number	32位序列号。标识数据字节流的起始位置（首字节编号）。建立连接时随机生成，后续按数据长度递增。
Ack	Acknowledge Number	32位确认号。期望收到的下一字节序列号（值为收到的Seq+数据长度）。若携带数据，则下次Seq=本次Ack。
Window Size	Advertised Window	16位窗口大小。接收方告知发送方可接收的数据量（流量控制）。动态调整防止缓冲区溢出。
Checksum	Header Checksum	16位校验和。验证TCP头部和数据完整性，防止传输错误。
Data Offset	Header Length	4位头部长度。标识TCP头部长度（单位：4字节），用于定位数据起始位置。
Flags	Control Bits	9位控制位集合。包含SYN/ACK/PSH/FIN/RST/URG等标志位（各占1位）。
MSS	Maximum Segment Size	最大报文长度。在SYN报文中协商，表示本方可接收的最大TCP数据段（不含头部）。典型值1460字节（以太网）。
ISN	Initial Sequence Number	初始序列号。连接建立时随机生成的Seq起始值，防止历史报文混淆（旧连接报文ISN不同）。
TIME_WAIT	Time Wait State	主动关闭方最终状态。等待2MSL（60-120秒）确保被动方收到ACK，同时让网络中旧报文失效。
MSL	Maximum Segment Lifetime	报文最大生存时间。IP报文在网络中的最长存在时间（通常30秒-2分钟），TIME_WAIT=2MSL。

关键补充说明：

1. Seq与Ack的协作

   • 发送数据：Seq标识数据起始位置（如Seq=100，数据长度50 → 下一包Seq=150）

   • 确认数据：Ack=101表示已正确接收Seq=100的数据，期望接收Seq=101的数据

2. 标志位组合示例

   场景	典型标志位组合
   建立连接	SYN=1, ACK=0
   确认连接	SYN=1, ACK=1
   数据传输	ACK=1, PSH=1（可选）
   关闭连接	FIN=1, ACK=1
   强制中断	RST=1, ACK=1

3. 为什么需要随机ISN？
   防止历史连接干扰：若ISN固定，延迟的旧报文可能被误认为新连接数据，随机ISN大幅降低冲突概率（32位空间约42亿组合）

✅ TCP 三次握手过程详解

确保客户端（Client）和服务端（Server）双向通信能力正常，并同步初始序列号（ISN），防止历史连接混淆。

整个连接过程分为三个部分：1、连接建立 2、数据传输 3、连接关闭

📌 第一次握手：

• 客户端（主机A） 向 服务器（主机B） 发送一个 TCP 报文段。
  • 标志位 SYN = 1，表示请求建立连接。
  • 随机生成一个初始序列号 seq = x。
• 此时客户端进入 SYN_SENT 状态，等待服务器确认。

🔹 报文内容：SYN=1, seq=x

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📌 第二次握手：

• 服务器（主机B） 收到请求后，回应一个 TCP 报文段。
  • 设置标志位 SYN = 1 和 ACK = 1，表示同意建立连接并确认收到客户端的 SYN。
  • 确认号 ack = x + 1，即对客户端的 seq=x 进行确认。
  • 随机生成自己的初始序列号 seq = y。

🔹 报文内容：SYN=1, ACK=1, ack=x+1, seq=y

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📌 第三次握手：

• 客户端（主机A） 接收到服务器的响应后，进行验证：
  • 检查确认号 ack 是否为 x + 1。
  • 检查 ACK 标志是否为 1。
• 若验证通过，则发送最后一个确认报文：
  • 标志位 ACK = 1。
  • 确认号 ack = y + 1，即对服务器的 seq=y 进行确认。

🔹 报文内容：ACK=1, ack=y+1

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✅ 握手完成：

• 服务器收到第三次握手的确认报文后，双方连接正式建立，可以开始传输数据。
• 客户端和服务器都进入 ESTABLISHED（已建立连接） 状态。

为什么是三次？

• 两次握手的风险： 若失效的SYN报文延迟到达服务端，服务端会误认为新连接已建立（浪费资源）。

• 三次握手解决： 客户端在第三步能判断是否是历史连接（通过ACK的合理性），决定是否终止。

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✅ TCP 四次挥手过程详解

TCP 是全双工通信，因此连接的关闭需要双方都确认不再发送数据。四次挥手是为了确保数据完整传输后，安全地关闭连接。

📌 参与角色：

• 主机A（客户端 或 主动关闭方）
• 主机B（服务器 或 被动关闭方）

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📌 第一次挥手：

• 主机A 发送一个 FIN 报文段，表示自己不再发送数据，但仍可以接收数据。
  • 标志位 FIN = 1
  • 序列号 seq = u（前面已传输数据的最后一个字节序号 + 1）

🔹 报文内容：FIN=1, seq=u

• 此时主机 A 进入 FIN-WAIT-1 状态。

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📌 第二次挥手：

• 主机B 收到 FIN 后，发送一个 ACK 报文段进行确认。
  • 标志位 ACK = 1
  • 确认号 ack = u + 1（对主机 A 的 FIN 进行确认）

🔹 报文内容：ACK=1, ack=u+1

• 主机 B 进入 CLOSE-WAIT 状态；主机 A 收到后进入 FIN-WAIT-2 状态。

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📌 第三次挥手：

• 主机B 处理完自己的数据后，发送 FIN 报文段给主机 A，表示它也要关闭连接。
  • 标志位 FIN = 1
  • 序列号 seq = v（根据前面的数据序号继续）

🔹 报文内容：FIN=1, seq=v

• 主机 B 进入 LAST-ACK 状态；主机 A 收到后进入 CLOSE-WAIT 并发送最后的 ACK。

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📌 第四次挥手：

• 主机A 收到主机 B 的 FIN 后，回复一个 ACK 报文段进行确认。
  • 标志位 ACK = 1
  • 确认号 ack = v + 1

🔹 报文内容：ACK=1, ack=v+1

• 主机 A 进入 TIME-WAIT 状态，并等待 2MSL（Maximum Segment Lifetime）时间后正式关闭连接；
• 主机 B 收到 ACK 后进入 CLOSED 状态。

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✅ 挥手完成：

• 双方连接完全关闭，资源释放。
• TIME-WAIT 状态的存在是为了确保最后一个 ACK 能被对方收到，防止“网络中残留报文”干扰新连接。

🧠 小贴士：

• 关闭双向通道： 收到对方的FIN只表示对方不再发送数据，己方可能仍需发送剩余数据。

• 步骤拆分： 被动方的ACK（第二步）和FIN（第三步）无法合并（因应用层关闭时间不确定）。

问题	解释
为什么是四次？	因为 TCP 是全双工通信，每一端都需要单独关闭发送方向
为什么要有 TIME-WAIT？	确保最后一个 ACK 被对方收到；避免旧报文干扰新连接
如果第三次挥手丢失怎么办？	主机 B 会重传 FIN，直到收到 ACK

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关键问题解析

1. TIME_WAIT状态的作用（等待2MSL）

• 确保被动方收到ACK： 若ACK丢失，被动方会重发FIN，主动方能响应。

• 消除历史报文干扰： 等待足够时间（2MSL，通常1-4分钟），确保网络中所有此连接的报文消失。

2. 半关闭状态（Half-Close）

• 第二次挥手后，连接处于半关闭状态：被动方仍可发送数据（如传输剩余文件）。

3. 异常情况处理

• 握手失败： 若SYN未收到响应，客户端会超时重试（指数退避）。

• 挥手ACK丢失： 被动方重发FIN，主动方在TIME_WAIT期间可响应。

TCP报文格式

1. 源端口号（Source Port，16位）：发送方的端口号。
2. 目的端口号（Destination Port，16位）：接收方的端口号。
3. 序列号（Sequence Number，32位）：用于对发出的数据包进行编号，以保证数据传输的顺序和准确性。
4. 确认号（Acknowledgment Number，32位）：期望从对方接收到的下一个字节的序列号，实现可靠传输。
5. 头部长度（Data Offset，4位）：指示TCP头的长度，以32位字为单位。通常最小值是5，表示没有选项的情况。
6. 保留字段（Reserved，6位）：保留供将来使用的字段，目前必须设置为0。
7. 标志位（Flags，6位）：
   • CWR (Congestion Window Reduced): 拥塞窗口减少标志。
   • ECE (ECN-Echo): 显示网络拥塞或支持显式拥塞通知。
   • URG (Urgent Pointer field significant): 紧急指针字段有效。
   • ACK (Acknowledgment field significant): 确认号字段有效。
   • PSH (Push function): 推送功能。
   • RST (Reset the connection): 重置连接。
   • SYN (Synchronize sequence numbers): 同步序号用于发起连接。
   • FIN (No more data from sender): 发送方已无数据发送。
8. 窗口大小（Window Size，16位）：表示发送本报文段的一方的接收窗口还有多少空间，用于流量控制。
9. 校验和（Checksum，16位）：用于确保TCP报文段在传输过程中的完整性。
10. 紧急指针（Urgent Pointer，16位）：只有当URG标志被设置时才有效，它指出本报文段中紧急数据的位置。
11. 选项（Options，长度可变）：可选参数，如最大报文段长度（MSS）、窗口扩大因子等。
12. 填充（Padding）：使整个TCP头部的长度为32位的整数倍，一般用0填充。