03.13 IP協議握手原理

TCP/IP協議握手原理相信大家都聽說過，原理到底是怎麼回事呢，我們就來深入瞭解一下。

​1、TCP/IP三次握手原理：

先來看看原理，TCP是面向連接的，無論哪一方向另一方發送數據之前，都必須先在雙方之間建立一條連接。在TCP/IP協議中，TCP 協議提供可靠的連接服務，連接是通過三次握手進行初始化的，三次握手的目的是同步連接雙方的序列號和確認號 並交換 TCP窗口大小信息。

1.1、第一次握手：建立連接。客戶端發送連接請求報文段，將SYN位置為1，Sequence Number為x;然後，客戶端進入SYN_SEND狀態，等待服務器的確認。

1.2、第二次握手：服務器收到SYN報文段。服務器收到客戶端的SYN報文段，需要對這個SYN報文段進行確認，設置Acknowledgment Number為x+1(Sequence Number+1)，同時自己自己還要發送SYN請求信息，將SYN位置為1，Sequence Number為y;服務器端將上述所有信息放到一個報文段(即SYN+ACK報文段)中，一併發送給客戶端，此時服務器進入SYN_RECV狀態。

1.3、第三次握手：客戶端收到服務器的SYN+ACK報文段。Acknowledgment Number設置為y+1，向服務器發送ACK報文段，這個報文段發送完畢以後，客戶端和服務器端都進入ESTABLISHED狀態，完成TCP三次握手。

完成了三次握手，客戶端和服務器端就可以開始傳送數據，以上就是TCP三次握手的總體介紹。
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2、TCP/IP四次揮手原理：

當客戶端和服務器通過三次握手建立了TCP連接以後，當數據傳送完畢，肯定是要斷開TCP連接的啊。那對於TCP的斷開連接，這裡就有了神秘的“四次揮手”。

2.1、第一次揮手：

主機1(可以使客戶端，也可以是服務器端)，設置Sequence Number和Acknowledgment Number，向主機2發送一個FIN報文段;此時，主機1進入FIN_WAIT_1狀態;這表示主機1沒有數據要發送給主機2了。

2.2、第二次揮手：

主機2收到了主機1發送的FIN報文段，向主機1回一個ACK報文段，Acknowledgment Number為Sequence Number加1;主機1進入FIN_WAIT_2狀態;主機2告訴主機1，我也沒有數據要發送了，可以進行關閉連接了。

2.3、第三次揮手：

主機2向主機1發送FIN報文段，請求關閉連接，同時主機2進入CLOSE_WAIT狀態。

2.4、第四次揮手：

主機1收到主機2發送的FIN報文段，向主機2發送ACK報文段，然後主機1進入TIME_WAIT狀態。

主機2收到主機1的ACK報文段以後就關閉連接。此時主機1等待2MSL後依然沒有收到回覆，則證明Server端已正常關閉，主機1也可以關閉連接了。

3、總結

至此TCP的四次揮手就這麼愉快的完成了，是不是感覺很凌亂，為什麼要三次握手，二次不行嗎。

是這樣解釋的：為了防止已失效的連接請求報文段突然又傳送到了服務端而產生錯誤，比如 "已失效的連接請求報文段”的產生在這樣一種情況下：client發出的第一個連接請求報文段並沒有丟失，而是在某個網絡結點長時間的滯留了，以致延誤到連接釋放以後的某個時間才到達server，本來這是一個早已失效的報文段，但server收到此失效的連接請求報文段後，就誤認為是client再次發出的一個新的連接請求，於是就向client發出確認報文段同意建立連接。
​假設不採用“三次握手”，那麼只要server發出確認，新的連接就建立了，由於現在client並沒有發出建立連接的請求，因此不會理睬server的確認，也不會向server發送數據。但server卻以為新的運輸連接已經建立，並一直等待client發來數據。這樣server的很多資源就白白浪費掉了，採用“三次握手”的辦法可以防止上述現象發生。

如剛才那種情況，client不向server的確認發出確認，server由於收不到確認，就知道client並沒有要求建立連接。"這就很明白了為了防止了服務器端的一直等待而浪費資源。

為什麼要四次揮手?那四次揮手又是為何呢?TCP協議是一種面向連接的、可靠的、基於字節流的運輸層通信協議。TCP是全雙工模式，這就意味著當主機1發出FIN報文段時，只是表示主機1已經沒有數據要發送了，主機1告訴主機2， 它的數據已經全部發送完畢了，但是這個時候主機1還是可以接受來自主機2的數據，當主機2返回ACK報文段時，表示它已經知道主機1沒有數據發送了，但是主機2還是可以發送數據到主機1的，當主機2也發送了FIN 報文段時，這個時候就表示主機2也沒有數據要發送了，就會告訴主機1沒有數據要發送了，之後彼此就會愉快的中斷這次TCP連接，如果要正確的理解四次揮手的原理，就需要了解四次揮手過程中的狀態變化。
​ FIN_WAIT_1：其實FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2狀態的真正含義都是表示等待對方的FIN報文，而這兩種狀態的區別是：FIN_WAIT_1狀態實際上是當SOCKET在ESTABLISHED狀態時， 它想主動關閉連接，向對方發送了FIN報文，此時該SOCKET即進入到FIN_WAIT_1狀態。而當對方回應ACK報 文後，則進入到FIN_WAIT_2狀態，當然在實際的正常情況下，無論對方何種情況下，都應該馬上回應ACK 報文，所以FIN_WAIT_1狀態一般是比較難見到的，而FIN_WAIT_2狀態還有時常常可以用netstat看到。

FIN_WAIT_2：上面已經詳細解釋了這種狀態，實際上FIN_WAIT_2狀態下的SOCKET，表示半連接，有一方要求close連接，但另外還告訴對方，暫時還有點數據需要傳送給你(ACK信息)，稍後再關閉連接。

CLOSE_WAIT：這種狀態的含義其實是表示在等待關閉，怎麼理解呢，當對方close一個SOCKET後發送FIN 報文給自己，系統毫無疑問地會回應一個ACK報文給對方，此時則進入到CLOSE_WAIT狀態。你真正需要考慮的事情是察看你是否還有數據發送給對方，如果沒有的話，那麼你也就可以 close這個 SOCKET，發送FIN報文給對方也即關閉連接。所以你在CLOSE_WAIT狀態下，需要完成的事情是等待你去關閉連接。

LAST_ACK：這個狀態還是比較容易好理解的，它是被動關閉一方在發送FIN報文後，最後等待對方的ACK報 文，當收到ACK報文後，也即可以進入到CLOSED可用狀態了。

TIME_WAIT：表示收到了對方的FIN報文，併發送出了ACK報文，就等2MSL後即可回到CLOSED可用狀態了。 如果FINWAIT1狀態下，收到了對方同時帶FIN標誌和ACK標誌的報文時，可以直接進入到TIME_WAIT狀態，而無 須經過FIN_WAIT_2狀態。

CLOSED：表示連接中斷。
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