TCP通信中的三次握手和四次挥手

TCP连接建立与释放
TCP三次握手和四次挥手也就是我们TCP连接建立与释放的过程的一个形象描述。

连接前的一些工作
最初两端的TCP进程都处于关闭状态。一开始，TCP服务器进程首先创建传输控制块，用来存储TCP连接中的些重要信息。例如TCP连接表，指向发送和接收缓存的指针，指向重传队列的指针，当前的发送和接收序号等等。之后，就准备接受TCP客户辨程的连接请求。此时TCP服务器进程就进入监听状态，等待TCP客户进程的连接请求。

同理，TCP客户进程也是首先创建传输控制块。然后，在打算建立TCP连接时向TCP服务器选程发送TCP连接请求报文段。

TCP服务器进程是被动等待来自可P客户进程的连接请求，而不是主动发起，因此称为被动打开连接。

TCP连接建立（三次握手）

从图中，可以看出三次握手的基本步骤是：

第一次握手：TCP客户端向TCP服务器端发送连接请求报文SYN（seq=x），进入同步已发送状态（SYN_SEND），等待TCP服务器回应。TCP连接请求报文段首部中的同步位SYN被设置为1，表明这是一个TCP连接请求报文段。序号字段seq被设置了一个初始值x，作为TCP客户进程选择的初始序号。

注意：TCP规定SYN被设置为1的报文段不能携带数据，但要消耗掉一个序号。由于TCP连接建立是由TCP客户主动发起的，因此被称为主动打开连接。

第二次握手：TCP服务器端收到TCP客户端连接请求报文SYN（seq=x）后，将客户端的请求包SYN（seq=x）放入到自己的未连接队列，如果同意建立连接，此时TCP服务器需要发送两个内容给客户端；
　　（1）向TCP客户端发送确认自己收到其连接请求的确认包ACK（ack=x+1），向客户端表明已知道了其连接请求。（这里ack值为x+1是对TCP客户进程所选择的初始序号的确认）
　　（2）向TCP客户端发送连接询问请求包SYN（seq=y），询问客户端是否已经准备好建立连接，进行数据通信。（这里序号值随机，作为TCP服务器进程选择的初始序号）
即在第二次握手时TCP服务器向TCP客户端发送ACK（ack=x+1）+SYN（seq=y）包，该报文段首部中的同步位SYN和确认位ACK都设置为1，表明这是一个TCP连接请求确认报段。发送完该报文段此时服务器进入同步已接收状态（SYN_RCVD）。

请注意：这个报文段不能携带数据，因为它是SYN被设置为1的报文段，但同样要消耗掉一个序号。
　
第三次握手：TCP客户端收到TCP服务器的ACK（ack=x+1）+SYN（seq=y）报文后，知道了服务器同意建立连接，此时还需要发送连接已建立的消息给服务器。向服务器发送普通的TCP确认报文段，该报文段首部中的确认位ACK设置为1，序号字段seq被设置为x+1，这是因为TCP客户进程发送的第一个TCP报文段的序号为x，并且不携带数据，因此第二个报文段的序号为x+1。确认号字段ack被设置为y+1，这是对TCP服务器进程选择的初始序号的确认。发送该报文目的就是告诉服务器，我们之间已经建立了连接，可以进行数据通信。请注意：该报文是一个普通的TCP确认报文段，TCP规定普通的TCP确认报文段可以携带数据，但如果不携带数据，则不消耗序号。我们这里一般不携带数据，所以在这种情况下，发送的下个数据报的序号仍是x+1。

ACK（seq=x+1,ack=y+1）报文发送完毕，服务器收到后，此时服务器与客户端进入ESTABLISHED状态，开始进行数据传送。
　　
下面是一个TCP三次连接示例：

 第一次握手：

第二次握手：

第三次握手：

TCP连接释放（四次挥手）

第一次挥手：TCP客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据，进入终止等待1状态（FIN-WAIT-1）。该数据报首部中的终止位FIN和确认位ACK的值都被设置为1，表明这是一个TCP连接释放报文段，同时也对之前收到的报文段进行确认。序列seq字段的值设置为u（等于TCP客户进程之前已传送数据的最后一个字节的序号加1），确认号ack字段的值设置为v（等于TCP客户进程之前已收到的数据的最后一个字带的序号加1）。

注意：TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。

第二次挥手：TCP服务器进程收到TCP连接释放报文段后，会发送一个普通的TCP确认报文段并进入关闭等待状态（CLOSE_WAIT）。该报文段首部中的确认位ACK设置为1，表明这是一个普通的TCP确认报文段。序列seq字段的值设置为v（等于TCP服务器进程之前已传送过的数据的最后一个字节的序号加1，这也与之前收到的TCP连接释放报文段中的确认号匹配）。确认号ack字段的值设置为u+1，这是对TCP连接释放报文股的确认。TCP服务器进程这时通知高层的应用进程，TCP客户选程断开了与自己的TCP连接，从TCP客户进程至到TCP服务器进程这个方向的连接就释放了（但从TCP服务器进程到TCP客户进程这个方向的连接并未关闭）。这时候TCP连接属于半关闭状态，即TCP客户端进程已经没有数据要发送了，但是TCP服务器进程若发送数据，TCP客户端进程仍要接收。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。

第三次挥手：TCP客户进程收到TCP确认报文段后就进入终止等待2状态（FIN-WAIT-2），等待TCP服务器进程发出的TCP连接释放报文（在这释放之前可能还需要接受服务器发送的最后的数据）。另外一边，若使用TCP服务器进程的应用进程已经没有数据要发送了，应用进程就通知其TCP服务器进程释放连接。TCP服务器进程发送TCP连接释放报文段并进入最后确认状态，该报文段首部中的终止位FIN和确认位ACK的值都被设置为1，表明这是一个TCP连接释放报文段，同时也对之前收到的报文段进行确认。现在假定序号seq字段的值为w，这是因为在半关闭状态下，TCP服务器进程可能又发送了一些数据。确认号ack字段的值为u+1，这是对之前收到客户端发过来的TCP连接释放报文段的重复确认。此时，服务器就进入了最后确认状态（LAST-ACK），等待客户端的确认。

注意：由于TCP连接释放是由TCP客户进程主动发起的，因此TCP服务器进程对TCP连接的释放称为被动关闭连接。

第四次挥手：TCP客户端进程收到TCP服务器进程的连接释放报文后，必须针对该报文段发送普通的TCP确认报文段。之后客户端就进入了时间等待状态（TIME-WAIT）。该报文段首部中的确认位ACK设置为1，表明这是一个普通的TCP确认报文段。序列seq字段的值设置为u+1，这是因为TCP客户进程之前发送的TCP连接释放报文段虽然不携带数据，但要消耗掉一个序号。确认号ack字段的值设置为w+1，这是对收到TCP连接释放报文段的确认。当另外一边TCP服务器进程收到该报文段后就进入关闭状态，但TCP客户进程还要2MSL（MSL是最长报文段寿命）的时间后才能进入关闭状态（CLOSED）。

服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。而客户端要等待一段时间才能进入CLOSED状态，结束了这次的TCP连接。因此服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

下面是一个TCP四次释放示例：

第一次挥手：

第二次挥手：

第三次挥手：

第四次挥手：