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TCP的三次握手與四次揮手理解及面試題
序列號seq：占4個字節(jié)防楷，用來標記數(shù)據(jù)段的順序，TCP把連接中發(fā)送的所有數(shù)據(jù)字節(jié)都編上一個序號，第一個字節(jié)的編號由本地隨機產(chǎn)生；給字節(jié)編上序號后，就給每一個報文段指派一個序號芜繁；序列號seq就是這個報文段中的第一個字節(jié)的數(shù)據(jù)編號。
確認號ack：占4個字節(jié)，期待收到對方下一個報文段的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)的序號合溺；序列號表示報文段攜帶數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的編號；而確認號指的是期望接收到下一個字節(jié)的編號缀台；因此當前報文段最后一個字節(jié)的編號+1即為確認號棠赛。
確認ACK：占1位，僅當ACK=1時，確認號字段才有效恭朗。ACK=0時屏镊，確認號無效
同步SYN：連接建立時用于同步序號。當SYN=1痰腮，ACK=0時表示：這是一個連接請求報文段而芥。若同意連接，則在響應報文段中使得SYN=1膀值，ACK=1棍丐。因此，SYN=1表示這是一個連接請求沧踏，或連接接受報文歌逢。SYN這個標志位只有在TCP建產(chǎn)連接時才會被置1，握手完成后SYN標志位被置0翘狱。
終止FIN：用來釋放一個連接秘案。FIN=1表示：此報文段的發(fā)送方的數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢，并要求釋放運輸連接
PS：ACK潦匈、SYN和FIN這些大寫的單詞表示標志位阱高，其值要么是1，要么是0茬缩；ack赤惊、seq小寫的單詞表示序號。
| 字段 | 含義 |
|---|---|
| URG | 緊急指針是否有效凰锡。為1未舟，表示某一位需要被優(yōu)先處理 |
| ACK | 確認號是否有效，一般置為1掂为。 |
| PSH | 提示接收端應用程序立即從TCP緩沖區(qū)把數(shù)據(jù)讀走裕膀。 |
| RST | 對方要求重新建立連接，復位勇哗。 |
| SYN | 請求建立連接魂角，并在其序列號的字段進行序列號的初始值設定。建立連接智绸，設置為1 |
| FIN | 希望斷開連接野揪。 |
三次握手過程理解
第一次握手：建立連接時，客戶端發(fā)送syn包（syn=x）到服務器瞧栗，并進入SYN_SENT狀態(tài)斯稳，等待服務器確認；SYN：同步序列編號（Synchronize Sequence Numbers）迹恐。
第二次握手：服務器收到syn包挣惰，必須確認客戶的SYN（ack=x+1），同時自己也發(fā)送一個SYN包（syn=y），即SYN+ACK包憎茂，此時服務器進入SYN_RECV狀態(tài)珍语；
第三次握手：客戶端收到服務器的SYN+ACK包，向服務器發(fā)送確認包ACK(ack=y+1）竖幔，此包發(fā)送完畢板乙，客戶端和服務器進入ESTABLISHED（TCP連接成功）狀態(tài)，完成三次握手拳氢。
四次揮手過程理解
1）客戶端進程發(fā)出連接釋放報文募逞，并且停止發(fā)送數(shù)據(jù)。釋放數(shù)據(jù)報文首部馋评，F(xiàn)IN=1放接，其序列號為seq=u（等于前面已經(jīng)傳送過來的數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)的序號加1），此時留特，客戶端進入FIN-WAIT-1（終止等待1）狀態(tài)纠脾。 TCP規(guī)定，F(xiàn)IN報文段即使不攜帶數(shù)據(jù)蜕青，也要消耗一個序號乳乌。
2）服務器收到連接釋放報文，發(fā)出確認報文市咆，ACK=1，ack=u+1再来，并且?guī)献约旱男蛄刑杝eq=v蒙兰，此時，服務端就進入了CLOSE-WAIT（關閉等待）狀態(tài)芒篷。TCP服務器通知高層的應用進程搜变，客戶端向服務器的方向就釋放了，這時候處于半關閉狀態(tài)针炉，即客戶端已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送了挠他，但是服務器若發(fā)送數(shù)據(jù)，客戶端依然要接受篡帕。這個狀態(tài)還要持續(xù)一段時間殖侵，也就是整個CLOSE-WAIT狀態(tài)持續(xù)的時間。
3）客戶端收到服務器的確認請求后镰烧，此時拢军，客戶端就進入FIN-WAIT-2（終止等待2）狀態(tài)，等待服務器發(fā)送連接釋放報文（在這之前還需要接受服務器發(fā)送的最后的數(shù)據(jù)）怔鳖。
4）服務器將最后的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后茉唉，就向客戶端發(fā)送連接釋放報文，F(xiàn)IN=1，ack=u+1度陆，由于在半關閉狀態(tài)艾凯，服務器很可能又發(fā)送了一些數(shù)據(jù)，假定此時的序列號為seq=w懂傀，此時趾诗，服務器就進入了LAST-ACK（最后確認）狀態(tài)，等待客戶端的確認鸿竖。
5）客戶端收到服務器的連接釋放報文后沧竟，必須發(fā)出確認，ACK=1缚忧，ack=w+1悟泵，而自己的序列號是seq=u+1，此時闪水，客戶端就進入了TIME-WAIT（時間等待）狀態(tài)糕非。注意此時TCP連接還沒有釋放，必須經(jīng)過2??MSL（最長報文段壽命）的時間后球榆，當客戶端撤銷相應的TCB后朽肥，才進入CLOSED狀態(tài)。
6）服務器只要收到了客戶端發(fā)出的確認持钉，立即進入CLOSED狀態(tài)衡招。同樣，撤銷TCB后每强，就結束了這次的TCP連接始腾。可以看到空执，服務器結束TCP連接的時間要比客戶端早一些浪箭。
常見面試題
【問題1】為什么連接的時候是三次握手，關閉的時候卻是四次握手辨绊？
答：因為當Server端收到Client端的SYN連接請求報文后奶栖，可以直接發(fā)送SYN+ACK報文。其中ACK報文是用來應答的门坷，SYN報文是用來同步的宣鄙。但是關閉連接時，當Server端收到FIN報文時默蚌，很可能并不會立即關閉SOCKET框冀，所以只能先回復一個ACK報文，告訴Client端敏簿，"你發(fā)的FIN報文我收到了"明也。只有等到我Server端所有的報文都發(fā)送完了宣虾，我才能發(fā)送FIN報文，因此不能一起發(fā)送温数。故需要四步握手绣硝。
【問題2】為什么TIME_WAIT狀態(tài)需要經(jīng)過2MSL(最大報文段生存時間)才能返回到CLOSE狀態(tài)？
答：雖然按道理撑刺，四個報文都發(fā)送完畢鹉胖，我們可以直接進入CLOSE狀態(tài)了，但是我們必須假象網(wǎng)絡是不可靠的够傍，有可以最后一個ACK丟失甫菠。所以TIME_WAIT狀態(tài)就是用來重發(fā)可能丟失的ACK報文。在Client發(fā)送出最后的ACK回復冕屯，但該ACK可能丟失寂诱。Server如果沒有收到ACK，將不斷重復發(fā)送FIN片段安聘。所以Client不能立即關閉痰洒，它必須確認Server接收到了該ACK。Client會在發(fā)送出ACK之后進入到TIME_WAIT狀態(tài)浴韭。Client會設置一個計時器丘喻，等待2MSL的時間。如果在該時間內再次收到FIN念颈，那么Client會重發(fā)ACK并再次等待2MSL泉粉。所謂的2MSL是兩倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一個片段在網(wǎng)絡中最大的存活時間榴芳，2MSL就是一個發(fā)送和一個回復所需的最大時間嗡靡。如果直到2MSL，Client都沒有再次收到FIN翠语，那么Client推斷ACK已經(jīng)被成功接收，則結束TCP連接财边。
【問題3】為什么不能用兩次握手進行連接肌括？
答：3次握手完成兩個重要的功能，既要雙方做好發(fā)送數(shù)據(jù)的準備工作(雙方都知道彼此已準備好)酣难，也要允許雙方就初始序列號進行協(xié)商谍夭，這個序列號在握手過程中被發(fā)送和確認。
現(xiàn)在把三次握手改成僅需要兩次握手憨募，死鎖是可能發(fā)生的紧索。作為例子，考慮計算機S和C之間的通信菜谣，假定C給S發(fā)送一個連接請求分組珠漂，S收到了這個分組晚缩，并發(fā) 送了確認應答分組。按照兩次握手的協(xié)定媳危，S認為連接已經(jīng)成功地建立了荞彼，可以開始發(fā)送數(shù)據(jù)分組〈Γ可是鸣皂，C在S的應答分組在傳輸中被丟失的情況下，將不知道S 是否已準備好暮蹂，不知道S建立什么樣的序列號寞缝，C甚至懷疑S是否收到自己的連接請求分組。在這種情況下仰泻，C認為連接還未建立成功荆陆，將忽略S發(fā)來的任何數(shù)據(jù)分 組，只等待連接確認應答分組我纪。而S在發(fā)出的分組超時后慎宾，重復發(fā)送同樣的分組。這樣就形成了死鎖浅悉。
【問題4】如果已經(jīng)建立了連接趟据，但是客戶端突然出現(xiàn)故障了怎么辦？
TCP還設有一個笔踅。活計時器汹碱，顯然，客戶端如果出現(xiàn)故障荞估，服務器不能一直等下去咳促，白白浪費資源。服務器每收到一次客戶端的請求后都會重新復位這個計時器勘伺，時間通常是設置為2小時跪腹，若兩小時還沒有收到客戶端的任何數(shù)據(jù)，服務器就會發(fā)送一個探測報文段飞醉，以后每隔75秒鐘發(fā)送一次冲茸。若一連發(fā)送10個探測報文仍然沒反應，服務器就認為客戶端出了故障缅帘，接著就關閉連接轴术。
