TCP的三次握手和四次挥手的理解以及常见问题

三次握手

第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=x）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；

第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=y+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手。

通俗理解

1、客户端向服务器通知我想要和你建立连接，并且自己进入等待连接状态
2、服务端收到客户端想要连接的消息，服务端进行确认，并且给客户端通知我知道了，也进入等待连接状态
3、客户端接受到消息后，向服务端发送确认连接的消息，然后连接成功

四次挥手

第一次挥手、在整个通信的过程中，谁先发起请求，谁就是客户端。
当客户端的数据传输到尾部时，客户端向服务器发送带有FIN标志的数据包，使其明白自己准备断开通信了。
第二次挥手、因为TCP的通信是使用全双工通信的WebSocket，所以在断开连接的时候也应该是双向的；当服务器收到带有FIN标志的数据包时，其必不会直接发送FIN标志断开通信的请求，而是先发送一个带有ACK标志的应答信息，使客户端明白服务器还有数据要进行发送。
第三次挥手、当 服务器的数据发送完成后，向客户端发送带有FIN标志的数据包，通知客户端断开连接。
第四次挥手、这一次挥手是我觉得四次挥手中设计的最巧妙的一次。
当客户端收到FIN后，担心网络上某些不可控制的因素导致服务器不知道他要断开连接，会发送ACK进行确认，同时把自己设置成TIME_WAIT状态并启动定时器，在TCP的定时器到达后客户端并没有接收到请求，会重新发送；当服务器收到请求后就断开连接；当客户端等待2MLS（两倍报文最大生存时间）后，没有收到请求重传的请求后，客户端这边就断开连接
整个TCP通信就结束了。

通俗理解

1、客户端给服务端发送FIN的数据包，说我想要断开链接了
2、 但是发过来后还不能直接断开，因为服务端还有数据要发，所以他会给客户端说我还有数据要发你先等等
3、然后服务端发送完数据后，对客户端说我数据发完了，你可以断开链接了
4、客户端收到通知后，他会向服务端发送确认通知，并把自己设置为TIME_WAIT状态，开启定时器，当发送确认的通知后接受到重发的请求后，就会重新发送，如果服务器收到了就直接关闭连接，然后客户端会等待2MLS后还没收到重新发送的请求后，就把连接关闭

面试的常见问题

【问题1】为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，“你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

【问题2】为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？

答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在Client发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。

【问题3】为什么不能用两次握手进行连接？

答：3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始***进行协商，这个***在握手过程中被发送和确认。
现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发 送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S 是否已准备好，不知道S建立什么样的***，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分 组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

【问题4】如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。
来源于：https://blog.****.net/qq_38950316/article/details/81087809

参考链接:
https://blog.****.net/qq_38950316/article/details/81087809
https://blog.****.net/rememberyf/article/details/80309148