TCP为什么需要三次握手四次挥手

三次握手

TCP是通过程序实现的，可靠的，面向连接的协议。而程序是严谨的，每一次建立连接都会进行“三次握手”这样的步骤。

建立连接的目的是为了可靠的数据传输。所以需要保证客户端和服务端都能正常的发送或接收数据。

如果有一方无法正常发送、接收数据，那么整个数据传输既不可靠也不能成功。

所以为什么会需要三次，而不是两次？

三次握手流程：

1.刚开始客户端和服务端都是关闭状态，服务端会一直处在监听状态，监听是否有建立连接的请求。

2.客户端需要建立连接时，会发送确认连接报文，此报文是同步报文SYN=1，同时生产一个随机序列号seq=x,这是第一次握手。

第一次握手，客户端发送同步报文到服务端，客户端知道自己有发送数据能力，不知道服务端是否有发送、接受数据能力。

3.当服务端接收到连接请求报文时，会发送一个同步报文确认报文，此报文SYN=1，并且ACK=1（大写ACK表示报文为确认报文）,同时服务端也会生成一个随机序列号seq=y，并且将ack设置为x+1(x是客户端发送的同步报文序列号)，确认报文回传给客户端，这是第二次握手。

第二次握手，服务端收到同步报文，并回复确认同步报文，此时，服务端知道自己有接收、发送数据能力，并且客服端有发送数据能力，但不知道客户端是否有接收数据能力。

4.当客户端收到服务端的ACK报文后，会回复一个ACK确认报文，用于确认确认报文已收到，此报文 ACK = 1，seq = x + 1, ack = y + 1（y是确认报文序列号），这是第三次握手 。

第三次握手，当客户端收到确认同步报文后，知道服务端具备发送、接收能力，也知道自己具备，但是服务端只知道客户端具备发送能力，还不知道也有接收能力，所以需要发送确认报文，告诉服务端自己具备接收能力。

当三次握手流程结束后，客户端服务端都知道自己和对方具备发送、接收数据能力，建立连接完成，就可以进行数据传输了。

所以两次握手是无法满足以上条件的，因为服务端并不知道客户端是具备接收数据的能力，需要第三次握手，客户端告知服务端自己有接收能力。

四次挥手

三次握手是为了建立可靠的数据传输通道，四次挥手是为了保证等数据传输完再关闭连接，保证双方都达到关闭连接的条件才能断开。

四次挥手流程：

客户端发起 FIN=1 断开连接的报文，携带随机生成的 seq=u，发送给服务端，并且自己处于 FIN-WAIT状态，这是第一次挥手。
```
第一次挥手客户端发起关闭连接的请求给服务端；
```

服务端接收到 FIN 报文后，回复一个确认报文，其中 ACK = 1，随机生成一个 seq=v，以及 ack=u+1(u为客户端发送报文的序列号)，这是第二次挥手。

第二次挥手：服务端收到关闭请求的时候可能这个时候数据还没发送完，所以服务端会先回复一个确认报文，表示自己知道客户端想要关闭连接了，但需要等待数据传输完；

当服务端数据发送完了过后，再发送一个 FIN 报文给客户端，通知客户端，服务端准备关闭连接了，此报文 FIN=1，ACK=1，ack=u+1(u为客户端发送报文的序列号)，seq=w，这是第三次挥手。
```
第三次挥手，当数据传输玩，服务端会主动发送FIN报文，告知客户端，标识数据已发送万传给你，服务端准备关闭连接了。
```
当客户端收到 FIN 确认报文时再发送一个FIN 的确认报文，其中 ACK = 1，seq = u + 1，ack = w + 1(w为服务端发送报文的序列号)，并进入 TIME-WAIT 状态，当等待 2MSL （报文最大生存时间 *2）后关闭连接，这是第四次挥手。
```
第四次挥手，当客户端收到服务端的FIN报文后，会回复ACK报文，告知服务端自己知道了，在等待一会就关闭连接。
```

疑问：

1.为什么握手三次，挥手却要四次？

尾音我说的时候没有数据传输，服务端的SYN和ACK报文可以一起发送，但是挥手时有数据传输，ACK和FIN报文不能同时发送，需要分为两步，所以多了一步流程。

2.为什么客户端在第四次挥手后还会等待2MSL?

等待2MSL是因为保证服务端接收到了ACK报文，因为网络是复杂的，ACk报文可能会丢失，如果服务端没接收到ACK报文的话，会重新发送FIN报文，只有当客户端等待了2MSL都没有收到重新发送的FIN报文时，才表示服务端是正常接收到了ACK报文，这个时候客户端就能关闭了。

总结

TCP协议是面向连接的可靠的传输层协议，它的拥塞控制，失败重传等机制在互联网数据传输中是不可或缺的。当下互联网行业中，基于TCP实现的程序数不胜数。虽然程序员很少有机会主动编写TCP相关代码，但理解其实现原理，还是有所帮助的。