TCP之三次握手四次挥手

         在前面的文章中我们了解到http是基于TCP/IP协议的，这篇文章我们来了解一下TCP/IP。

一、TCP与UDP

1、UDP

       基于非连接。类似于写信，不能保证对方能不能接收到，接收到的内容是否完整，顺序是否正确。

    优缺点：性能损耗小，占用资源少，稳定弱，速度块。

2、TCP

      基于连接，类似与通话，能够确认对方能够准确的接收到发送的信息。

    优缺点：数据传输可靠，支持全双工，建立时间和消耗资源过大，有延迟，效率相对较低。

二、TCP建立连接和断开连接

1、三次握手建立连接

（1）作用

          三次握手是TCP用来建立连接的一种机制，确保双方可以正常通信。每一步都需要对方的确认才能进行下一步，从而确保双方都同意建立连接，并且状态得到正确同步。这样可以减少因网络延迟、丢包等问题导致的连接建立失败或错误。

（2）建立过程

• 第一次握手：客户端发送SYN包，客户端向服务器发送一个SYN（同步）包，其中包含一个初始序列号（ISN）作为起始值。此时客户端处于SYN_SENT（同步已发送）状态。
• 第二次握手：服务器回复SYN-ACK包，服务器收到客户端的SYN包后，会生成自己的初始序列号，并对客户端的SYN进行确认。服务器构造一个SYN-ACK（同步-确认）包，将自己的初始序列号作为起始值，同时也将确认号设置为客户端初始序列号加一。然后服务器发送这个SYN-ACK包给客户端。此时服务器处于SYN_RCVD（同步已接收）状态。
• 第三次握手：客户端发送ACK包，客户端收到服务器的SYN-ACK包后，确认服务器的初始序列号和确认号，并构造一个ACK（确认）包，将确认号设置为服务器初始序列号加一。客户端发送这个ACK包给服务器。此时客户端处于ESTABLISHED（已建立连接）状态，服务器收到ACK包后也转入ESTABLISHED状态。
• 三次握手完成，客户端和服务器正式建立了TCP连接，可以进行数据的传输。

（3）注意事项

         ①握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去。

         ②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协议引入了超时机制。TCP为每个连接都设置了一个定时器，用于在一定时间内检测连接是否还处于活动状态。如果在规定时间内没有收到客户端的数据，则服务器认为客户端已经断开连接，并会关闭连接。

（4）为什么不能用两次握手？

• 确保双方都愿意建立连接：在两次握手的情况下，客户端只发送一次连接请求，但服务器无法确认客户端是否真正希望建立连接，因为可能只是一个错误的或者重复的请求。通过三次握手，服务器可以回复确认信号来确认客户端真正的通信意愿。
• 防止已失效的连接请求影响：如果使用两次握手，可能会遇到客户端已经发送了一个连接请求，在网络中滞留了一段时间后终于到达服务器，导致服务器误认为客户端希望建立连接。而通过三次握手，服务器可以得到客户端最新的连接请求，并且可以排除掉之前的已失效的连接请求。
• 同步双方的初始序列号：在TCP连接中，每个连接都有一个初始序列号(ISN)用于标识数据流的起始位置。通过三次握手，双方可以交换彼此的初始序列号，从而实现双方序列号的同步，确保后续传输的数据能够正确地按序组装和重组。

2、四次挥手断开连接

（1）作用

       是用于关闭TCP连接的过程。它是在双方确认不再需要通信时，进行连接释放和资源回收的步骤。在这个过程中，双方都需要发送FIN和ACK两个标志位的报文段，以确保双方都知道对方已经确认了关闭连接的请求。最后，当双方都收到了对方发送的ACK报文段后，连接就顺利关闭，并且可以回收连接所占用的资源。

（2）建立过程

• 第一次挥手：客户端发送连接释放请求（FIN），当客户端确定不再发送数据时，它会发送一个带有FIN标志位的报文段给服务器，表示请求关闭连接。此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。
• 第二次挥手：服务器回复确认客户端的请求（ACK），服务器收到客户端的连接释放请求后，会发送一个带有ACK标志位的报文段给客户端，确认收到了客户端的请求。服务端就进入了CLOSE-WAIT 关闭等待状态。
• 第三次挥手：服务器发送连接释放请求（FIN），客户端接收到服务器端的确认请求后，客户端就会进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文，服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
• 第四次挥手：客户端回复确认服务器的请求（ACK），客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态，但此时TCP连接还未终止，必须要经过2MSL后（最长报文寿命）客户端才会进入CLOSED关闭状态，服务器端接收到确认报文后，会立即进入CLOSED关闭状态，到这里TCP连接就断开了，四次挥手完成

（3）注意事项

       为什么客户端要等待2MSL？
        确保连接彻底关闭，并在此期间处理延迟报文段和防止端口冲突，从而保证网络通信的可靠性和稳定性。