TCP的运作流程（一）——“三次握手”

前言

看过前面有关两篇HTTP的文章的同学，想必对HTTP已经有了一定的了解。在HTTP初始（一）中提到过TCP/IP四层网络模型，这次我们就来详细了解一下TCP传输。因为时间和篇幅所限，本篇讲分为两章，本章讲TCP的三次握手，下章讲TCP的四次挥手,以及一些常见问题。

TCP的状态转化

先知全貌再看细节是很不错的学习方法，以后我的写作风格也尽量向这方面靠拢。所以在具体讲解TCP的三次握手和四次挥手前，我们先来整体看下TCP是如何运作的。

（该图片来源自网络）

我们先来具体了解下各个状态的具体含义和关系，前5步是TCP“三次握手”，后六步是TCP“四次挥手”：

1. CLOSED:起始点，在超时或者连接关闭时进入此状态；Client和Server的初始态都应是CLOSED。
2. LISTEN:Server端在等待连接时的状态，Server端为此要调用Socket、bind、listen函数，就能进入此状态。这称为应用程序被动打开（等待客户端来连接）。
3. SYN-SENT：客户端发起连接，发送SYN给服务器端。如果服务器端不能连接则进入CLOSED状态。
4. SYN-RCVD：与3对应，服务器端接受客户端的SYN请求，服务器端由LISTEN状态进入SYN-RCVD状态。同时服务器端要回应一个ACK，发送一个SYN给客户端；另一种情况是，客户端在发起SYN的同时接收到服务器端的SYN请求，客户端会由SYN-SEBT转换到SYN-RCVD状态。
5. ESTABLISHED：服务器端和客户端在完成3次握手后进入状态，说明已经可以开始传输数据了。
6. FIN-WAIT-1：主动关闭的一方，由状态5进入此状态。具体动作是发送FIN给对方。
7. FIN-WAIT-2：主动关闭的一方，接收到对方的FIN ACK，进入此状态。由此不能再接收对方的数据，但是能够向对方发送数据。
8. CLOSE-WAIT：接收到FIN以后，被动关闭的一方进入此状态。具体动作是再接收到FIN的同时发送ACK。
9. LAST-ACK：被动关闭的一方，发起关闭请求，由状态8进入此状态。具体动作是发送FIN给对方，同时再接收到AKC时进入CLOSED状态。
10. CLOSING：两边同时发起关闭请求时，会由FIN-WAIT-1进入此状态。具体动作是接收到FIN请求，同时响应一个ACK。
11. TIME-WAIT:这个状态比较复杂，也是我们最常见的一个连接状态，有3个状态可以转化为此状态。

• 由FIN-WAIT-2转换到TIME-WAIT，具体情况是：在双方不同时发起FIN的情况下，主动关闭的一方在完成自身发起的关闭请求后，接收到被动关闭一方的FIN后进入的状态。
• 由CLOSING转换到TIME-WAIT，具体情况是：在双方同时发起关闭，都做了发起FIN的请求，同时接收到了FIN并做了ACK的情况下，这时就由CLOSING状态进入TIME-WAIT状态。
• 由FIN-WAIT-1转换到TIME-WAIT，具体情况是：同时接收到FIN（对方发起）和ACK（本身发起的FIN回应），它与CLOSING转换到TIME-WAIT的区别在于本身发起的FIN回应的ACK先于对方的FIN请求到达，而由CLOSING转换到TIME-WAIT则是FIN先到达。

TCP报文

“TCP报文是TCP传输的数据单元，也叫做报文段、数据包。 ”

1. 端口号：用来标识同一台计算机的不同的应用进程。
2. 源端口（16位）：与源主机IP地址一起标识源主机的一个应用进程。
3. 目的端口（16位）：和源主机IP地址一起标识目的主机的一个应用进程。IP报文中的源主机IP地址、目的主机的IP地址和源端口、目的端口确定了唯一一条TCP连接。
4. 序列号seq（32位）：标识从TCP源端向TCP目的端发送的数据字节流，表示这个报文段中的第1个字节的数据编号。在TCP传送的流中，每一个字节一个序号。比如：一个报文段的序号为300，此报文段数据部分共有100字节，则下一个报文段的序号为400。
5. 确认号ack（32位）：存储发送确认的一端所期望收到的下一个序列号seq。确认号ack是上次已成功收到的数据字节的序列号seq+1。只有ACK标志为1时确认号字段才有效。TCP为应用层提供全双工服务，这就意味着数据能在两个方向上单独进行传输。因此，连接的两端都必须保持每个方向上的传输数据的序列号。
6. 同步序号SYN：在连接建立时同步序列号。SYN=1、ACK=0表示：这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中，SYN=1,ACK=1。而且，SYN这个标志位只在”三次握手阶段“，也就是TCP建立连接阶段才会为1，完成后被置0.
7. 确认号标志ACK:当ACK=1时，确认号字段才有效。
8. 终止标志FIN：用于释放连接，FIN=1表示：数据发送方的数据已发送完毕，并关闭本方数据流。

TCP三次握手

“其实三次握手就是用来建立TCP连接的，TCP数据在传输之前需要进行3次通信，一般被称为“三次握手”。这种建立连接的方式可以防止产生错误的连接，TCP使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。 ”

• 第一次握手：客户端发送SYN（seq=x）报文到服务器端，并进入SYN_SENT状态。
• 第二次握手：服务器端收到来自客户端的SYN报文，向客户端回应一个SYN（seq=y）和ACK（ack=x+1）报文，并进入SYN_RCVD状态。
• 第三次握手：客户端收到来自服务器端的SYN+ACK报文，向服务器端回应一个确认报文ACK（ack=y+1），发送完毕后，客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态。

在三次握手完成后，TCP客户端和服务器端成功建立连接，就可以传输数据了。

如此教科书般的回答，我也不是很满意，下面我们来从西瓜籽和大西瓜的对话中的了解下，什么是TCP三次握手： 第一次： 西瓜籽：我是西瓜籽，大西瓜你真帅！ 说明：西瓜籽会夸人。 第二次： 大西瓜：我收到了你的夸赞，我是大西瓜，其实西瓜籽你也挺不错的！ 说明：大西瓜可以接受别人的夸赞，也会夸人。 第三次： 西瓜籽：我也收到了你的夸赞，我现在越看你越帅！ 说明：西瓜籽也能接受别人的夸赞。

这俩人简直志同道合，然后就开始了双方的互夸Time.......(数据传输)

总结，我认为TCP三次握手有两个目的： 一：是为了确保连接的两端都做好了发送和接收数据的准备工作 二：每方都具有双方传输数据的序列号

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