【转】TCP建立连接三次握手和释放连接四次握手

在谈及TCP建立连接和释放连接过程，先来简单认识一下TCP报文段首部格式的的几个名词（这里只是简单说明，具体请查看相关教程）

序列号seq：占4个字节，用来标记数据段的顺序，TCP把连接中发送的所有数据字节都编上一个序号，第一个字节的编号由本地随机产生；给字节编上序号后，就给每一个报文段指派一个序号；序列号seq就是这个报文段中的第一个字节的数据编号。
确认号ack：占4个字节，期待收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号；序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号；而确认号指的是期望接收到下一个字节的编号；因此当前报文段最后一个字节的编号+1即为确认号。
确认ACK：占1位，仅当ACK=1时，确认号字段才有效。ACK=0时，确认号无效
同步SYN：连接建立时用于同步序号。当SYN=1，ACK=0时表示：这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示这是一个连接请求，或连接接受报文。SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1，握手完成后SYN标志位被置0。
终止FIN：用来释放一个连接。FIN=1表示：此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放运输连接

PS：ACK、SYN和FIN这些大写的单词表示标志位，其值要么是1，要么是0；ack、seq小写的单词表示序号。

一、TCP建立连接三次握手

（1）、三次握手的过程

1）主机A向主机B发送TCP连接请求数据包，其中包含主机A的初始序列号seq(A)=x。（其中报文中同步标志位SYN=1，ACK=0，表示这是一个TCP连接请求数据报文；序号seq=x，表明传输数据时的第一个数据字节的序号是x）
   2）主机B收到请求后，会发回连接确认数据包。（其中确认报文段中，标识位SYN=1，ACK=1，表示这是一个TCP连接响应数据报文，并含主机B的初始序列号seq(B)=y，以及主机B对主机A初始序列号的确认号ack(B)=seq(A)+1=x+1）
   3）第三次，主机A收到主机B的确认报文后，还需作出确认，即发送一个序列号seq(A)=x+1；确认号为ack(A)=y+1的报文；

（2）为什么需要第三次握手?

还要再发送一次确认是为了，防止已失效的连接请求报文段突然又传到了B，因而产生错误。
     已失效的报文段：正常情况下：A发出连接请求，但因为丢失了，故而不能收到B的确认。于是A重新发出请求，然后收到确认，建立连接，数据传输完毕后，释放连接，A发了2个，一个丢掉，一个到达，没有“已失效的报文段”
但是，某种情况下，A的第一个在某个节点滞留了，延误到达，本来这是一个早已失效的报文段，但是在A发送第二个，并且得到B的回应，建立了连接以后，这个报文段竟然到达了，于是B就认为，A又发送了一个新的请求，于是发送确认报文段，同意建立连接，假若没有三次的握手，那么这个连接就建立起来了（有一个请求和一个回应），此时，A收到B的确认，但A知道自己并没有发送建立连接的请求，因为不会理睬B的这个确认，于是呢，A也不会发送任何数据，而B呢却以为新的连接建立了起来，一直等待A发送数据给自己，此时B的资源就被白白浪费了。但是采用三次握手的话，A就不发送确认，那么B由于收不到确认，也就知道并没有要求建立连接。

简而言之：第三次握手，主机A发送一次确认是为了防止：如果客户端迟迟没有收到服务器返回的确认报文，这时他会放弃连接，重新启动一条连接请求；但问题是：服务器不知客户端没收到，所以他会收到两个连接请求，白白浪费了一条连接开销。

二、TCP释放连接四次握手

（1）四次握手过程

　　假设主机A为客户端，主机B为服务器，其释放TCP连接的过程如下：

1） 关闭客户端到服务器的连接：首先客户端A发送一个FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送，然后等待服务器的确认。其中终止标志位FIN=1，序列号seq=u

2） 服务器收到这个FIN，它发回一个ACK，确认号ack为收到的序号加1。
  3） 关闭服务器到客户端的连接：也是发送一个FIN给客户端。
  4） 客户段收到FIN后，并发回一个ACK报文确认，并将确认序号seq设置为收到序号加1。

首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。

主机A发送FIN后，进入终止等待状态， 服务器B收到主机A连接释放报文段后，就立即给主机A发送确认，然后服务器B就进入close-wait状态，此时TCP服务器进程就通知高层应用进程，因而从A到B的连接就释放了。此时是“半关闭”状态。即A不可以发送给B，但是B可以发送给A。
　　此时，若B没有数据报要发送给A了，其应用进程就通知TCP释放连接，然后发送给A连接释放报文段，并等待确认。A发送确认后，进入time-wait，注意，此时TCP连接还没有释放掉，然后经过时间等待计时器设置的2MSL后，A才进入到close状态。

（2）为什么要等待2MSL呢?
    MSL即Maximum Segment Lifetime，也就是最大报文生存时间，他是任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃。引用《TCP/IP详解》中的话：“它(MSL)是任何报文段被丢弃前在网络内的最长时间”。RFC 793中规定MSL为2分钟，实际应用中常用的是30秒，1分钟和2分钟等。

TCP的TIME_WAIT状态需要等待2MSL，当TCP的一端发起主动关闭，在发出最后一个ACK包后，即第3次握手完成后发送了第四次握手的ACK包后就进入了TIME_WAIT状态，必须在此状态上停留两倍的MSL时间，等待2MSL时间主要目的是怕最后一个ACK包对方没收到，那么对方在超时后将重发第三次握手的FIN包，主动关闭端接到重发的FIN包后可以再发一个ACK应答包。在TIME_WAIT状态时两端的端口不能使用，要等到2MSL时间结束才可继续使用。当连接处于2MSL等待阶段时任何迟到的报文段都将被丢弃。不过在实际应用中可以通过设置SO_REUSEADDR选项达到不必等待2MSL时间结束再使用此端口。

概括原因如下：

①、为了保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B。即最后这个确认报文段很有可能丢失，那么B会超时重传，然后A再一次确认，同时启动2MSL计时器，如此下去。如果没有等待时间，发送完确认报文段就立即释放连接的话，B就无法重传了（连接已被释放，任何数据都不能出传了），因而也就收不到确认，就无法按照步骤进入CLOSE状态，即必须收到确认才能close。
    ②、防止“已失效的连接请求报文段”出现在连接中。经过2MSL，那些在这个连接持续的时间内，产生的所有报文段就可以都从网络中消失。即在这个连接释放的过程中会有一些无效的报文段滞留在楼阁结点，但是呢，经过2MSL这些无效报文段就肯定可以发送到目的地，不会滞留在网络中。这样的话，在下一个连接中就不会出现上一个连接遗留下来的请求报文段了。
可以看出：B结束TCP连接的时间比A早一点，因为B收到确认就断开连接了，而A还得等待2MSL.

（3）为什么TCP释放连接需要四次？

TCP建立连接要进行三次握手，而断开连接要进行四次。这是由于TCP的半关闭造成的。因为TCP连接是全双工的(即数据可在两个方向上同时传递)所以进行关闭时每个方向上都要单独进行关闭。这个单方向的关闭就叫半关闭。当一方完成它的数据发送任务，就发送一个FIN来向另一方通告将要终止这个方向的连接。

   注意：

1）发送了FIN只是表示这端不能继续发送数据(应用层不能再调用send发送)，但是还可以接收数据。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据，比如：如主机A收到主机B的FIN断开TCP连接请求，只是表示主机B已经发送完数据，主机A收到FIN后作出应答，并终止这个方向的数据传输，此时处于半关闭状态。但是主机A仍然可以发送数据的，只有当主机A发送完数据并发送FIN给主机B时，主机B才停止这个方向的数据传输，并关闭TCP连接。

2）在很多时候，TCP连接的断开都会由TCP层自动进行，例如你CTRL+C终止你的程序，TCP连接依然会正常关闭，你可以写代码试试。

参考资料：

《TCP协议三次握手连接四次握手断开和DOS攻击》http://blog.csdn.net/fw0124/article/details/7452695

转自：http://blog.csdn.net/guyuealian/article/details/52535294

作者：guyuealian