面试官对你说，三次握手与四次挥手掌握不够呀！

面试的时候，经常会问到网络通信这块，尤其是让详细讲讲三次握手与四次挥手，很多时候我们能讲个大概，但是面试官总是不满意。

TCP扮演着重要的角色，它位于传输层，负责确保数据的可靠性和有序性。通信的开始和结束都需要经历连接的建立和断开过程，下面我们详细讨论下TCP的三次握手 和四次挥手机制，是如何实现这一过程的，也希望对你有所帮助。

三次握手和四次挥手

讲个小故事，让我们快速理解下

三次握手和四次挥手过程其实也是建立连接 和断开连接 的过程，我们可以通过一个小故事来形象化地简述一下：（小明和小芳的爱情史...）

小明打算追求小芳...

三次握手（建立关系）：

小明主动追求 ："小芳，我一直觉得你很特别，我们能不能试着在一起？"（SYN包）
小芳心动回应 ："嗯，我也有同样的感觉，我们试试看吧"（SYN+ACK包）
小明开心确认 ："你同意了，太好了！"（ACK包）

开始聊天、发送消息，一段时间后...

四次挥手（结束关系）：

小明想结束这段关系，提出分手 ："我觉得我们之间不如以前了，或许我们结束比较好"（发送FIN包）
小芳表示理解 ："好吧，我理解，但有些事情我还想和你说说"（回复ACK包）
小芳也提出分手 ："或许你说得对，我们结束吧，希望你未来能够找到更适合你的幸福"（再次发送FIN包）
小明接到分手消息 ："好吧，我知道了。但我后悔了，能给我们一个重新开始的机会吗？"（再次发送ACK包）

小明事后后悔了，希望可以重新开始。小芳表示可以，但是必须重新追求...

TCP 每次握手和挥手，都是建立关系和结束关系的过程，我们先来说说在建立关系和结束关系的过程，常见的标志位、序列号和确认号。

标志位、序列号和确认号

当涉及到TCP连接的建立和断开时，请求报文（传递数据）是关键的一环。以下是一个综合的描述，包含了标志位、序列号、确认号的简要介绍：

1、标志位：

SYN（同步）： 发送方使用SYN标志发起新连接。
ACK（确认）： 表示确认号字段有效，用于确认接收到的数据。
FIN（结束）： 发送方发送，表示请求关闭连接，在数据传输完成后使用。

2、序列号（seq）：

用于标识TCP数据流中每个数据段的顺序。
发送方为每个数据段分配唯一序列号，接收方通过序列号重新组装数据。

3、确认号（ack）：

表示期望下一次接收的数据包序列号。
接收方通过发送带有确认号的ACK数据包，通知发送方哪些数据已成功接收。

综合这些概念，TCP连接的建立通常以发送SYN标志的请求报文开始。接收方通过发送带有SYN和ACK标志的响应报文进行确认。序列号和确认号的正确使用确保了数据的有序传输和可靠接收。断开连接时，FIN标志的使用表明发送方请求关闭连接，而接收方通过发送带有确认号的ACK响应来确认关闭请求。

下面让我们继续看看具体的实现过程，其中ACK=1 表示确认，SYN=1 表示同步，FIN=1 表示关闭。

TCP三次握手：建立连接

第一次握手（SYN）：建立连接的请求。
- 客户端发送SYN=1标志，以及随机生成的初始序列号seq=x 。
- 客户端进程进入 SYN-SENT 状态，等待服务器的确认。
第二次握手（SYN-ACK）：确认连接请求。
- 服务器端接收到请求后，回复带有SYN=1和ACK=1标志，以及确认号ack=x+1和自己的初始序列号seq=y。
- 服务器进程进入 SYN-RCVD 状态，等待客户端的最终确认。
第三次握手（ACK）：连接确认。
- 客户端接收到服务器的响应后，发送带有ACK=1标志、确认号ack=y+1、序列号 seq=x+1 的数据包。
- 此时建立连接完成（ESTABLISHED）

TCP四次挥手：断开连接

第一次挥手（FIN）：发起关闭请求。
- 客户端发送带有FIN=1标志和序列号 seq=x的数据包，表示它准备关闭连接。
- 客户端进入 FIN-WAIT-1 状态。
第二次挥手（ACK）：确认关闭请求。
- 服务器接收到关闭请求后，发送带有ACK=1标志、确认号ack=x+1和自己的序列号seq=y的数据包，表示已接收到关闭请求并确认。
- 服务器进入 CLOSE-WAIT 状态。（半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务端若发送数据，客户端依然要接受）
- 客户端收到确认后，进入 FIN-WAIT-2 状态，等待服务器发送连接释放报文。在这个状态中，客户端可以接收服务端的最后数据。
第三次挥手（FIN）：发起关闭确认。
- 服务器发送带有FIN=1和ACK=1标志位、确认号ack=x+1和自己的序列号seq=z的数据包。
- 服务器进入 LAST-ACK 状态，等待客户端的确认。
第四次挥手（ACK）：关闭连接完成。
- 客户端接收到服务器的关闭请求后，发送带有ACK=1标志、确认号ack=z+1和自己的序列号seq=x+1的数据包。
- 客户端进入 TIME-WAIT 状态，等待 2MSL（最长报文段寿命）的时间。
- 服务端收到客户端确认报文后，撤销自己的传输控制块TCB，进入 CLOSED 状态。
- 客户端经过 2MSL 的等待后，也撤销相应传输控制块TCB，进入 CLOSED 状态。此时，TCP连接彻底断开。

2MSL 指的是报文段的最长生存时间，通常用来等待在网络中被丢弃或产生的延迟、重复数据包被清除。

TCB 指TCP连接的状态和控制信息，每个TCP连接都有一个对应的TCB。

为什么需要三次握手和四次挥手？

保证连接的可靠性和完整性

在网络通信中，保证连接的可靠性和数据的完整性很重要。通过三次握手，双方可以建立起可靠的连接。而通过四次挥手，双方可以安全地关闭连接，保证数据的完整传输。

处理网络异常和延迟情况

在实际网络环境中，存在各种可能导致通信异常的情况，比如网络延迟、丢包等。三次握手和四次挥手的目的就是为了保持连接的稳定性和可靠性。

处理网络延迟：通过三次握手，可以减少因网络延迟而导致的连接建立问题，双方都确认。
处理丢包情况：在网络通信中，数据包可能会因为各种原因丢失。通过四次挥手过程，可以保证数据完整，这其中序列号起了很大作用。
处理半开连接问题：如果没有四次挥手过程，可能会导致半开连接的情况，即一方已经关闭连接，但另一方仍然在发送数据。
处理连接复用问题：在一些场景下，需要复用已经建立的连接来提高效率。四次挥手可以避免这一类的问题发生。

总结

综合来说，三次握手和四次挥手的过程是TCP通信的基础。更是保证了连接的稳定性和数据的完整传输，同时也能够处理各种网络异常情况，提升通信的可靠性和稳定性。