认识TCP，记住TCP链接的三次「握手」、四次「挥手」

最近在看『浏览器从输入网址到页面展示发生了什么』，然后过程中涉及到了建立TCP链接和断开TCP链接的过程，所以单独再补习一下TCP相关的计算机网络知识。

一、TCP是什么？

TCP 是一个面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

面向连接（connection-oriented）：面向连接的协议要求正式发送数据之前需要通过「握手」建立一个逻辑连接，结束通信时也是通过有序的四次「挥手」来断开连接。
无连接（connectionless）：无连接的协议则不需要「握手」和「挥手」

TCP/IP 协议族不仅仅是 TCP、IP 这两种协议，实际上TCP/IP 协议族指的是在 IP 协议通信过程中用到的协议的统称。

其中常见到的协议：

TCP/IP协议分为4层：应用层、传输层、网络层、网络接口层
OSI分为7层：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

TCP固定头部20字节，IP固定头部20字节，TCP头部最长可以达到60字节。

TCP端口号

TCP的链接需要四个要素确定唯一链接：源IP，源端口号 + 目的IP，目的端口号

TCP首部预留了2个16位作为端口号的存储，而IP地址由上一层IP协议负责传递。
TCP序号和确认号
- 32位序号seq：TCP通信过程中某一个传输方向上的字节流的每个字节的序号，通过这个来确认发送的数据有序。
- 32位确认号ack：TCP对上一次seq序号做出的确认号，用来响应TCP报文段，给收到的TCP报文段的序号seq加1。
TCP标志位
- SYN：同步标志位，用于建立会话连接，同步序列号
- ACK：确认标志位，对已接收的数据包进行确认
- FIN：完成标志位，表示我已经没有数据要发送了，即将关闭连接

三次握手是指建立一个 TCP 连接时，需要客户端和服务器之间总共发送3个报文。

初始时客户端处于closed的状态，服务端处于listen状态。

第一次握手

客户端将TCP报文标志位SYN置为1，随机产生一个序号值seq=J，保存在TCP首部的序列号（Sequence Number）字段里，指明客户端打算连接的服务器的端口，并将数据包发送给服务器端，发送完毕后，客户端进入SYN_SENT状态，等待服务器确认。
第二次握手

服务器端收到数据包后，由标志位SYN=1知道客户端请求建立链接，服务器端将TCP报文标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1,随机产生一个序号值seq=K，并将该数据包发送给客户端以确认链接请求，服务端进入SYN_RCVD状态。
第三次握手

客户端收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给服务器端，服务器检查ack是否为K+1,ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，客户端和服务器端进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后客户端与服务器端之间可以开始传输数据了。

注：ack和ACK是不同的概念

谢希仁版《计算机网络》中的例子

假设client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络节点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。
本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段，同意建立连接。
假设采用两次握手，只要server发出确认，新的连接就建立了。
但由于现在client并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬server的确认，也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待client发来数据。这样，server的很多资源就白白浪费掉了。
而采用"三次握手"的办法可以防止上述现象发生。像刚才那种情况，client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认，就知道client并没有要求建立连接。

TCP链接是全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭。

挥手请求可以是Client端发起，也可以是Server端发起的，我们假设是Client端发起。

第一次挥手

Client端发送标志位FIN和序号seq给Server端，此时Client进入FIN_WAIT_1状态，表示Client没有数据要发给Server端了，希望关闭连接。
第二次挥手

Server端收到FIN后，回复标志位ACK和确认号ack给客户端，此时Client端进入FIN_WAIT_2状态，表示Server端已经收到Client端的关闭请求。
第三次挥手

Server端发送标志位FIN给Client端，此时Client端进入LAST_ACK状态，表示服务端数据发送结束，可以关闭链接了。
第四次挥手

Client端收到Server端发送的FIN后，回复标志位ACK给Server端，此时Client端进入TIME_WAIT状态。Server端收到ACK后，就立即关闭连接了。Client端则等待2MSL的时间后，没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，Client便也关闭连接。