三次握手与四次挥手

通过TCP/IP协议的学习，我们可以知道TCP协议是一种面向连接的、可靠的传输协议。其中，为了保证客户端与服务器连接的有效性，就有了本篇文章所要介绍的“三次挥手”；而“四次挥手”则是为了保证连接的正确断开。

1. TCP状态

首先，介绍一下TCP的几个状态：

• SYN　——　同步序列编号，在建立连接时发送
• ACK　——　确认信息，在确认SYN信息时发送，响应信息
• FIN　——　关闭连接
• RST　——　连接重置
• PSH　——　有数据传输
• URG　——　紧急指针字段值有效

2. 三次握手

建立TCP连接时会经过如下步骤：

• 服务器准备接收客户端连接（通过socket API），由于连接是由客户端激发的，因此称为被动打开
• 客户端调用connect开始主动打开，并发送SYN（syn = i）包，告诉服务器发送数据的序列号
• 服务器确认（ACK,ack = i+1）客户端发来的信息（SYN），并发送SYN(syn = j)，其中含有服务器发送数据的初始序列号。注：SYN和ACK是同时发送的，在一个数据包中
• 客户端确认服务器发送的SYN，发送ACK(ack = j+1)数据包

其中，因为SYN需要占据一个字节的序列号空间，因此ACK中确认号为发来的SYN序列号加1；类似，FIN的ACK确认号为该FIN序列号加1。

3. 四次挥手

• 某进程先调用close，该端TCP发送FIN(fin = i)，表示数据发送完毕，需要关闭连接。称为主动关闭
• 接收到FIN的对端执行被动关闭。进行确认（ACK, ack = i+1），在该进程接收的其他所有数据之后添加文件结束符（end-of-file）
• 一段时间之后（因为要处理已经接收到的数据），接收到文件结束符的进程调用close关闭套接字，这导致它的TCP也发送FIN(fin = j)
• 主动关闭连接的一端确认(ACK, ack = j+1)最后发送的FIN

为什么建立连接要三次握手，而断开连接要四次挥手？

建立连接时，因为发起连接的一端在发出请求后，连接建立之前，就不会再发出任何数据，因此接收连接请求的对端可以将ACK、SYN放在一个数据包里发回给请求端，即需要三次数据发送。而断开连接时，在一端主动断开连接并发送FIN包后，对端接收到发来的FIN包，进行确认（ACK），然而此时服务器可能还在给另一端发送数据，只有在数据发送完后才能断开连接，发送FIN包（所以不能像三次握手时那样将ACK、SYN同时发送），另一端收到FIN后再进行确认并发送ACK，因此需要四次数据发送。

TCP建立的连接为全双工通道，可以双向传输数据，因此在建立连接、断开连接时，需要两端都要进行请求与确认。

为什么建立连接的ACK、SYN可以同时发送，而断开连接则需要分开发送？

建立、断开连接都需要两次请求与确认，只是建立连接时SYN、ACK可以同时发回，而在断开连接时，由于被动关闭的一端可能还会发送数据，只有数据发完后才能发送ACK，所以只能分开发送，也就造成了建立连接为三次，断开连接反而成了四次。（建立连接时由于握手期间连接未完全建立，故不能发送其他数据）

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简单说，由于分组交换机制，由A发给B的数据所经过的链路可能与B返回给A的数据所经过的链路不同，因此即便在B接收到A的数据并返回给A应答后，仅能保证A-->B的链路是通的，却不能保证A一定可以接收到B的应答，因此需要A再给B一个应答来确保链路两端都收到了相应的数据。