一篇讲清TCP的三次握手&四次挥手

源端口号&目的端口号（各占两字节）：IP地址解决了信息发送到哪台电脑的问题，而端口号解决了数据发送到的电脑上哪个进程的问题。
序列号Seq（四字节）：本报文段所发送的数据的第一个字节的序号，解决网络包乱序的问题。
确认号ack（四字节）：表示期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序列号。
标志位 ：有几个重要的标志位
- SYN：同步位。SYN=1 表示这是连接同步报文，用于初始化序列号；仅在三次握手的前 2 个报文中置 1；建立连接。简单点说就是表明这次通信适用于建立连接的。不是用于传输数据的。SYN=1，此次传输不能携带数据。
- ACK：确认位。ACK=1 表示确认号 ack 字段有效；TCP 规范强制规定：连接建立完成后，所有传输的报文段必须将 ACK 置 1。
- FIN：关闭连接
- RST：重置异常链接
窗口大小：接收缓冲区还能容纳多少字节数据。这是实现流量控制的基础。

！！！注意，大写的ACK和小写的ack不是一个东西！！！大写的ACK是一个标识，只有1bit，ACK=1 表示确认号 ack 字段有效，而小写的ack是序列号，有32bit。

也可以简单理解成ACK=1时，ack才会启用，不然是无效的。

三次握手（建立连接）

第一次握手

客户端向服务端发起连接请求。同步自己的初始序列号。

状态变化：客户端从 CLOSED → SYN_SENT（同步已发送）

报文头部字段变化：

SYN = 1（表明这是一次连接同步报文）
Seq = x（随机生成）
ACK = 0
ack = 0（ACK=0，ack无效，默认为0）

关键说明 ：该报文仅用于同步序列号，不能携带应用数据；因 SYN=1，该报文固定消耗 1 个序列号，后续服务端的 ack 必须为 x+1。

第二次握手

服务端收到客户端的 SYN 请求后，同时完成两件事：① 确认客户端的同步请求；② 向客户端同步自己的初始序列号。

状态变化：服务端从 LISTEN → SYN_RCVD（同步已收到）

报文头部字段变化：

SYN = 1（表明这是一次连接同步报文）
Seq = y（随机生成）
ACK = 1（开启确认功能，ack 字段生效）
ack = x + 1（上一次握手客户端传过来Seq = x + SYN消耗的一个字节。代表服务端已完整收到客户端 Seq = x 的报文，期望下一次收到客户端的 Seq 从 x+1开始）

关键说明 ：这是三次握手中唯一同时将 SYN 和 ACK 置 1 的报文，不能携带应用数据 ；因 SYN=1，该报文固定消耗 1 个序列号，后续客户端的 ack 必须为 y+1。

第三次握手

客户端收到服务端的 SYN+ACK 后，向服务端发送最终确认报文，完成连接建立。

状态变化：客户端从 SYN_SENT → ESTABLISHED（连接已建立）；服务端收到该报文后，从 SYN_RCVD → ESTABLISHED（连接已建立），全双工连接正式建立。

报文头部字段变化：

SYN = 0（初始序列号同步完成，无需再置位）
Seq = x + 1（随机生成）
ACK = 1（开启确认功能，ack 字段生效）
ack = y + 1（上一次握手客户端传过来Seq = y + SYN消耗的一个字节。代表客户端已完整收到服务端 Seq=y的报文，期望下一次收到服务端的 Seq 从 y+1开始）

关键说明 ：该报文可以携带应用数据：如果不携带数据，不消耗序列号；如果携带数据，消耗对应数据长度的序列号。

常见问题

为什么是三次握手，而不是二次或四次。

答：核心是为了避免失效的连接请求报文传到服务端，建立无效的连接，浪费系统资源。同时，只有三次握手客户端和服务端才能确认彼此都有接收和发送的能力。如果没有第三次握手，服务端无法确认客户端的接收能力。

第一次客户端向服务端发送SYN报文，服务端接收报文。此时服务端确认客户端有发送能力。
第二次服务端向客户端发送SYN报文，客户端接收报文。此时客户端确认服务端有接收和发送能力。
第三次客户端向服务端发送报文，服务端接收报文。此时服务端确认客户端有接收能力。

四次挥手（断开连接）

客户端与服务端建立的TCP连接是**全双工通信协议，**也就是说要想断开一个TCP连接，就必须双方都确认关闭自己的发送通道，这就是 "四次挥手" 的根本原因。而断开连接的发起者，可以是客户端，也可以是服务端。（下面我们以客户端为发起者演示）

第一次挥手

客户端向服务端发送FIN报文，序号为**seq=u**（u 是客户端当前已发送数据的最后一个字节序号 + 1）

客户端状态 ：从ESTABLISHED 变为FIN_WAIT_1

含义："我客户端没有数据要发给你了，我要关闭我到你的发送通道"

第二次挥手

服务器 收到 FIN 后，立即发送一个ACK=1 的报文段，确认号为ack=u+1，序号为**seq=y**（y 是服务器当前已发送数据的最后一个字节序号 + 1）

服务器状态 ：从ESTABLISHED 变为CLOSE_WAIT

客户端状态 ：收到 ACK 后，从FIN_WAIT_1 变为FIN_WAIT_2

含义："我服务器收到了你关闭发送通道的请求，我确认了"

第二次挥手结束后，客户端已经关闭发送数据报文的通道了。但是还可以发送控制报文（ACK、FIN、RST、SYN），来辅助服务端关闭连接通道。

第三次挥手

当服务器也没有数据要发送给客户端时，调用close()函数，发送一个FIN=1，ACK=1 的报文段，确认号仍然是**ack=u+1，序号为seq=w**（w 是服务器在 CLOSE_WAIT 状态下发送的最后一个字节序号 + 1）

服务器状态 ：从CLOSE_WAIT 变为LAST_ACK

含义："我服务器也没有数据要发给你了，我也要关闭我到你的发送通道"

第四次挥手

客户端操作 ：收到 FIN 后，立即发送一个ACK=1 的报文段，确认号为ack=w+1，序号为seq=w+1

客户端状态 ：从FIN_WAIT_2 变为TIME_WAIT

服务器状态 ：收到 ACK 后，从LAST_ACK 变为CLOSED，连接完全关闭

客户端后续 ：在TIME_WAIT 状态等待2MSL （最长报文段寿命）时间后，也变为CLOSED状态

含义："我客户端收到了你关闭发送通道的请求，我确认了"

至此，TCP连接正式断开。