摘要：在協(xié)議中，協(xié)議提供可靠的連接服務(wù)，連接是通過三次握手進行初始化的。三次握手的目的是同步連接雙方的序列號和確認號并交換窗口大小信息。采用三次握手的辦法可以防止上述現(xiàn)象發(fā)生。

具體的關(guān)于TCP是什么，我不打算詳細的說了；當你看到這篇文章時，我想你也知道TCP的概念了，想要更深入的了解TCP的工作，我們就繼續(xù)。它只是一個超級麻煩的協(xié)議，而它又是互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是每個程序員必備的基本功。首先來看看OSI的七層模型：

我們需要知道TCP工作在網(wǎng)絡(luò)OSI的七層模型中的第四層——Transport層，IP在第三層——Network層，ARP在第二層——Data Link層；在第二層上的數(shù)據(jù)，我們把它叫Frame，在第三層上的數(shù)據(jù)叫Packet，第四層的數(shù)據(jù)叫Segment。 同時，我們需要簡單的知道，數(shù)據(jù)從應(yīng)用層發(fā)下來，會在每一層都會加上頭部信息，進行封裝，然后再發(fā)送到數(shù)據(jù)接收端。這個基本的流程你需要知道，就是每個數(shù)據(jù)都會經(jīng)過數(shù)據(jù)的封裝和解封裝的過程。 在OSI七層模型中，每一層的作用和對應(yīng)的協(xié)議如下：

TCP是一個協(xié)議，那這個協(xié)議是如何定義的，它的數(shù)據(jù)格式是什么樣子的呢？要進行更深層次的剖析，就需要了解，甚至是熟記TCP協(xié)議中每個字段的含義。哦，來吧。

上面就是TCP協(xié)議頭部的格式，由于它太重要了，是理解其它內(nèi)容的基礎(chǔ)，下面就將每個字段的信息都詳細的說明一下。

Source Port和Destination Port:分別占用16位，表示源端口號和目的端口號；用于區(qū)別主機中的不同進程，而IP地址是用來區(qū)分不同的主機的，源端口號和目的端口號配合上IP首部中的源IP地址和目的IP地址就能唯一的確定一個TCP連接；

Sequence Number:用來標識從TCP發(fā)端向TCP收端發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)流，它表示在這個報文段中的的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)在數(shù)據(jù)流中的序號；主要用來解決網(wǎng)絡(luò)報亂序的問題；

Acknowledgment Number:32位確認序列號包含發(fā)送確認的一端所期望收到的下一個序號，因此，確認序號應(yīng)當是上次已成功收到數(shù)據(jù)字節(jié)序號加1。不過，只有當標志位中的ACK標志（下面介紹）為1時該確認序列號的字段才有效。主要用來解決不丟包的問題；

Offset:給出首部中32 bit字的數(shù)目，需要這個值是因為任選字段的長度是可變的。這個字段占4bit（最多能表示15個32bit的的字，即4*15=60個字節(jié)的首部長度），因此TCP最多有60字節(jié)的首部。然而，沒有任選字段，正常的長度是20字節(jié)；

TCP Flags:TCP首部中有6個標志比特，它們中的多個可同時被設(shè)置為1，主要是用于操控TCP的狀態(tài)機的，依次為URG，ACK，PSH，RST，SYN，F(xiàn)IN。每個標志位的意思如下：

URG：此標志表示TCP包的緊急指針域（后面馬上就要說到）有效，用來保證TCP連接不被中斷，并且督促中間層設(shè)備要盡快處理這些數(shù)據(jù)；

ACK：此標志表示應(yīng)答域有效，就是說前面所說的TCP應(yīng)答號將會包含在TCP數(shù)據(jù)包中；有兩個取值：0和1，為1的時候表示應(yīng)答域有效，反之為0；

PSH：這個標志位表示Push操作。所謂Push操作就是指在數(shù)據(jù)包到達接收端以后，立即傳送給應(yīng)用程序，而不是在緩沖區(qū)中排隊；

RST：這個標志表示連接復(fù)位請求。用來復(fù)位那些產(chǎn)生錯誤的連接，也被用來拒絕錯誤和非法的數(shù)據(jù)包；

SYN：表示同步序號，用來建立連接。SYN標志位和ACK標志位搭配使用，當連接請求的時候，SYN=1，ACK=0；連接被響應(yīng)的時候，SYN=1，ACK=1；這個標志的數(shù)據(jù)包經(jīng)常被用來進行端口掃描。掃描者發(fā)送一個只有SYN的數(shù)據(jù)包，如果對方主機響應(yīng)了一個數(shù)據(jù)包回來 ，就表明這臺主機存在這個端口；但是由于這種掃描方式只是進行TCP三次握手的第一次握手，因此這種掃描的成功表示被掃描的機器不很安全，一臺安全的主機將會強制要求一個連接嚴格的進行TCP的三次握手；

FIN： 表示發(fā)送端已經(jīng)達到數(shù)據(jù)末尾，也就是說雙方的數(shù)據(jù)傳送完成，沒有數(shù)據(jù)可以傳送了，發(fā)送FIN標志位的TCP數(shù)據(jù)包后，連接將被斷開。這個標志的數(shù)據(jù)包也經(jīng)常被用于進行端口掃描。

Window:窗口大小，也就是有名的滑動窗口，用來進行流量控制；這是一個復(fù)雜的問題，這篇博文中并不會進行總結(jié)的；

好了，基本知識都已經(jīng)準備好了，開始下一段的征程吧。

TCP是面向連接的，無論哪一方向另一方發(fā)送數(shù)據(jù)之前，都必須先在雙方之間建立一條連接。在TCP/IP協(xié)議中，TCP協(xié)議提供可靠的連接服務(wù)，連接是通過三次握手進行初始化的。三次握手的目的是同步連接雙方的序列號和確認號并交換 TCP窗口大小信息。這就是面試中經(jīng)常會被問到的TCP三次握手。只是了解TCP三次握手的概念，對你獲得一份工作是沒有任何幫助的，你需要去了解TCP三次握手中的一些細節(jié)。先來看圖說話。

多么清晰的一張圖，當然了，也不是我畫的，我也只是引用過來說明問題了。

第一次握手：建立連接?？蛻舳税l(fā)送連接請求報文段，將SYN位置為1，Sequence Number為x；然后，客戶端進入SYN_SEND狀態(tài)，等待服務(wù)器的確認；

第二次握手：服務(wù)器收到SYN報文段。服務(wù)器收到客戶端的SYN報文段，需要對這個SYN報文段進行確認，設(shè)置Acknowledgment Number為x+1(Sequence Number+1)；同時，自己自己還要發(fā)送SYN請求信息，將SYN位置為1，Sequence Number為y；服務(wù)器端將上述所有信息放到一個報文段（即SYN+ACK報文段）中，一并發(fā)送給客戶端，此時服務(wù)器進入SYN_RECV狀態(tài)；

第三次握手：客戶端收到服務(wù)器的SYN+ACK報文段。然后將Acknowledgment Number設(shè)置為y+1，向服務(wù)器發(fā)送ACK報文段，這個報文段發(fā)送完畢以后，客戶端和服務(wù)器端都進入ESTABLISHED狀態(tài)，完成TCP三次握手。

完成了三次握手，客戶端和服務(wù)器端就可以開始傳送數(shù)據(jù)。以上就是TCP三次握手的總體介紹。

當客戶端和服務(wù)器通過三次握手建立了TCP連接以后，當數(shù)據(jù)傳送完畢，肯定是要斷開TCP連接的啊。那對于TCP的斷開連接，這里就有了神秘的“四次分手”。

第一次分手：主機1（可以使客戶端，也可以是服務(wù)器端），設(shè)置Sequence Number和Acknowledgment Number，向主機2發(fā)送一個FIN報文段；此時，主機1進入FIN_WAIT_1狀態(tài)；這表示主機1沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送給主機2了；

第二次分手：主機2收到了主機1發(fā)送的FIN報文段，向主機1回一個ACK報文段，Acknowledgment Number為Sequence Number加1；主機1進入FIN_WAIT_2狀態(tài)；主機2告訴主機1，我“同意”你的關(guān)閉請求；

第三次分手：主機2向主機1發(fā)送FIN報文段，請求關(guān)閉連接，同時主機2進入LAST_ACK狀態(tài)；

第四次分手：主機1收到主機2發(fā)送的FIN報文段，向主機2發(fā)送ACK報文段，然后主機1進入TIME_WAIT狀態(tài)；主機2收到主機1的ACK報文段以后，就關(guān)閉連接；此時，主機1等待2MSL后依然沒有收到回復(fù)，則證明Server端已正常關(guān)閉，那好，主機1也可以關(guān)閉連接了。

至此，TCP的四次分手就這么愉快的完成了。當你看到這里，你的腦子里會有很多的疑問，很多的不懂，感覺很凌亂；沒事，我們繼續(xù)總結(jié)。

既然總結(jié)了TCP的三次握手，那為什么非要三次呢？怎么覺得兩次就可以完成了。那TCP為什么非要進行三次連接呢？在謝希仁的《計算機網(wǎng)絡(luò)》中是這樣說的：

為了防止已失效的連接請求報文段突然又傳送到了服務(wù)端，因而產(chǎn)生錯誤。

在書中同時舉了一個例子，如下：

“已失效的連接請求報文段”的產(chǎn)生在這樣一種情況下：client發(fā)出的第一個連接請求報文段并沒有丟失，而是在某個網(wǎng)絡(luò)結(jié)點長時間的滯留了，以致延誤到連接釋放以后的某個時間才到達server。本來這是一個早已失效的報文段。但server收到此失效的連接請求報文段后，就誤認為是client再次發(fā)出的一個新的連接請求。于是就向client發(fā)出確認報文段，同意建立連接。假設(shè)不采用“三次握手”，那么只要server發(fā)出確認，新的連接就建立了。由于現(xiàn)在client并沒有發(fā)出建立連接的請求，因此不會理睬server的確認，也不會向server發(fā)送數(shù)據(jù)。但server卻以為新的運輸連接已經(jīng)建立，并一直等待client發(fā)來數(shù)據(jù)。這樣，server的很多資源就白白浪費掉了。采用“三次握手”的辦法可以防止上述現(xiàn)象發(fā)生。例如剛才那種情況，client不會向server的確認發(fā)出確認。server由于收不到確認，就知道client并沒有要求建立連接?！?/pre>
這就很明白了，防止了服務(wù)器端的一直等待而浪費資源。
為什么要四次分手
那四次分手又是為何呢？TCP協(xié)議是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的運輸層通信協(xié)議。TCP是全雙工模式，這就意味著，當主機1發(fā)出FIN報文段時，只是表示主機1已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，主機1告訴主機2，它的數(shù)據(jù)已經(jīng)全部發(fā)送完畢了；但是，這個時候主機1還是可以接受來自主機2的數(shù)據(jù)；當主機2返回ACK報文段時，表示它已經(jīng)知道主機1沒有數(shù)據(jù)發(fā)送了，但是主機2還是可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主機1的；當主機2也發(fā)送了FIN報文段時，這個時候就表示主機2也沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，就會告訴主機1，我也沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，之后彼此就會愉快的中斷這次TCP連接。如果要正確的理解四次分手的原理，就需要了解四次分手過程中的狀態(tài)變化。

FIN_WAIT_1: 這個狀態(tài)要好好解釋一下，其實FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2狀態(tài)的真正含義都是表示等待對方的FIN報文。而這兩種狀態(tài)的區(qū)別是：FIN_WAIT_1狀態(tài)實際上是當SOCKET在ESTABLISHED狀態(tài)時，它想主動關(guān)閉連接，向?qū)Ψ桨l(fā)送了FIN報文，此時該SOCKET即進入到FIN_WAIT_1狀態(tài)。而當對方回應(yīng)ACK報文后，則進入到FIN_WAIT_2狀態(tài)，當然在實際的正常情況下，無論對方何種情況下，都應(yīng)該馬上回應(yīng)ACK報文，所以FIN_WAIT_1狀態(tài)一般是比較難見到的，而FIN_WAIT_2狀態(tài)還有時常?？梢杂胣etstat看到。（主動方）
FIN_WAIT_2：上面已經(jīng)詳細解釋了這種狀態(tài)，實際上FIN_WAIT_2狀態(tài)下的SOCKET，表示半連接，也即有一方要求close連接，但另外還告訴對方，我暫時還有點數(shù)據(jù)需要傳送給你(ACK信息)，稍后再關(guān)閉連接。（主動方）
CLOSE_WAIT：這種狀態(tài)的含義其實是表示在等待關(guān)閉。怎么理解呢？當對方close一個SOCKET后發(fā)送FIN報文給自己，你系統(tǒng)毫無疑問地會回應(yīng)一個ACK報文給對方，此時則進入到CLOSE_WAIT狀態(tài)。接下來呢，實際上你真正需要考慮的事情是察看你是否還有數(shù)據(jù)發(fā)送給對方，如果沒有的話，那么你也就可以 close這個SOCKET，發(fā)送FIN報文給對方，也即關(guān)閉連接。所以你在CLOSE_WAIT狀態(tài)下，需要完成的事情是等待你去關(guān)閉連接。（被動方）
LAST_ACK: 這個狀態(tài)還是比較容易好理解的，它是被動關(guān)閉一方在發(fā)送FIN報文后，最后等待對方的ACK報文。當收到ACK報文后，也即可以進入到CLOSED可用狀態(tài)了。（被動方）
TIME_WAIT: 表示收到了對方的FIN報文，并發(fā)送出了ACK報文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用狀態(tài)了。如果FINWAIT1狀態(tài)下，收到了對方同時帶FIN標志和ACK標志的報文時，可以直接進入到TIME_WAIT狀態(tài)，而無須經(jīng)過FIN_WAIT_2狀態(tài)。（主動方）
CLOSED: 表示連接中斷。

我想你應(yīng)該懂了
總結(jié)到這里，也該結(jié)束了，但是對于TCP的學習遠還沒有結(jié)束。TCP是一個非常復(fù)雜的協(xié)議，這里稍微總結(jié)了一下TCP的連接與斷開連接是發(fā)生的事情，其中還有很多的“坑”，讓我們后續(xù)有時間再繼續(xù)填吧。好了，完畢！
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