一、TCP三次握手（三次交互建立可靠连接）

核心作用：确保通信双方具备双向收发能力，同步初始序列号，防止历史连接干扰。

步骤详解：

1. 第一次握手（SYN）

  • 客户端发送带有SYN=1标志位的报文，并携带初始序列号`seq=x`。
  • 目的：告知服务器“我想建立连接”，并同步客户端的起始数据编号。
  • 客户端状态：`SYN_SENT`（等待服务器确认）。

    • 2. 第二次握手（SYN+ACK）

  • 服务器收到SYN报文后，回复SYN=1和ACK=1的报文，携带自己的初始序列号`seq=y`，确认号`ack=x+1`。
  • 目的：同意连接请求，并同步服务器的起始数据编号，同时确认已收到客户端请求。
  • 服务器状态：`SYN_RCVD`（等待客户端确认）。

    • 3. 第三次握手（ACK）

  • 客户端发送ACK=1的报文，确认号`ack=y+1`，表示已收到服务器响应。
  • 目的：确认双方通信链路正常，正式建立连接。
  • 双方状态：`ESTABLISHED`（连接已建立，可传输数据）。

    • 为什么必须三次？

  • 两次握手风险：若客户端旧SYN报文延迟到达服务器，可能导致服务器误开无用连接，浪费资源。
  • 三次必要性：通过第三次握手确认双方收发能力和序列号同步，避免“历史连接”干扰。

    • 二、TCP四次挥手（四次交互安全关闭连接）

    核心作用：确保双方数据发送完毕，安全释放连接资源。

    步骤详解：

    1. 第一次挥手（FIN）

  • 主动关闭方（如客户端）发送FIN=1的报文，携带序列号`seq=u`。
  • 目的：通知对方“我已发送完数据，请求关闭连接”。
  • 客户端状态：`FIN_WAIT_1`（等待服务器确认）。

    • 2. 第二次挥手（ACK）

  • 被动关闭方（如服务器）回复ACK=1的报文，确认号`ack=u+1`。
  • 目的：确认收到关闭请求，但可能仍有数据未发送完毕。
  • 服务器状态：`CLOSE_WAIT`（等待关闭自身连接）。

    • 3. 第三次挥手（FIN）

  • 被动关闭方发送FIN=1的报文，携带序列号`seq=w`，表示数据已全部发送完毕。
  • 服务器状态：`LAST_ACK`（等待最终确认）。

    • 4. 第四次挥手（ACK）

  • 主动关闭方发送ACK=1的报文，确认号`ack=w+1`。
  • 客户端状态：`TIME_WAIT`（等待2MSL时间，确保对方收到ACK）。
  • 服务器状态：收到ACK后进入`CLOSED`，连接彻底关闭。

    • 为什么需要四次？

  • 全双工特性：TCP支持双向独立传输，双方需分别关闭发送通道。
  • 等待数据发送：被动关闭方可能在收到FIN后仍需发送剩余数据。

    • 三、高频考点与常见问题

    1. 三次握手核心意义

  • 验证双方收发能力、同步序列号、避免资源浪费。

    • 2. 四次挥手状态分析

  • TIME_WAIT：主动关闭方等待2MSL（最长报文生存时间），防止ACK丢失导致服务器重传FIN。
  • CLOSE_WAIT：被动关闭方等待应用层调用`close`，若大量出现可能代码未正确释放资源。

    • 3. 标志位与序列号的作用

  • SYN：同步序列号，发起连接请求。
  • ACK：确认报文有效性，携带确认号。
  • FIN：请求终止连接。

    • 4. 异常场景与排查

  • 大量SYN_RCVD：可能遭遇SYN洪水攻击（服务器未收到第三次ACK）。
  • 大量CLOSE_WAIT：服务器未正确关闭Socket，需检查代码逻辑。

    • 四、记忆技巧与类比

  • 三次握手类比“打电话”：

    • 1. 客户端：“喂，听得到吗？”（SYN）

    2. 服务器：“听到了！你能听到我吗？”（SYN+ACK）

    3. 客户端：“能听到，开始聊天吧！”（ACK）

  • 四次挥手类比“辞职流程”：

    • 1. 员工：“老板，我要离职”（FIN）

    2. 老板：“同意离职”（ACK）

    3. 老板：“手续已办好，你可以走了”（FIN）

    4. 员工：“收到，再见！”（ACK）

    总结：三次握手与四次挥手是TCP可靠传输的核心机制，需重点掌握其步骤、状态转换及设计原理。高考中可能结合流程图、状态机或实际场景应用题考查，建议通过类比和实际报文分析加深理解！