TCP 三次握手与四次挥手

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接、可靠传输的协议。
在建立与断开连接时，TCP 通过**三次握手（Three-way Handshake）与四次挥手（Four-way Handshake）**来确保通信可靠。

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一、TCP 三次握手（建立连接）

目的

确保客户端和服务器双方都具备收发能力，并建立可靠的逻辑连接。

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握手过程

1. 第一次握手（SYN）

   • 客户端 → 服务器：发送连接请求（SYN=1, seq=x）
   • 表示：“我想建立连接，这是我的初始序列号 x”
   • 客户端进入 SYN_SENT 状态

2. 第二次握手（SYN+ACK）

   • 服务器 → 客户端：回应确认（SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1）
   • 表示：“我同意连接，你的请求我收到了，我的序号是 y”
   • 服务器进入 SYN_RCVD 状态

3. 第三次握手（ACK）

   • 客户端 → 服务器：确认（ACK=1, ack=y+1）
   • 表示：“连接建立，我准备好了”
   • 双方进入 ESTABLISHED 状态，连接建立成功

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三次握手示意图

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为什么要三次？

1. 防止旧连接请求误触发新连接（避免滞留的旧 SYN 包）

2. 确认双方通信能力：

   • 客户端能发、服务器能收
   • 服务器能发、客户端能收

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二、TCP 四次挥手（断开连接）

目的

确保数据传输完成后，双方能安全、有序地关闭连接。
TCP 是全双工通信，因此关闭连接需要四步。

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挥手过程

1. 第一次挥手（FIN）

   • 客户端 → 服务器：发送断开请求（FIN=1, seq=u）
   • 表示：“我已无数据要发”
   • 客户端进入 FIN_WAIT_1 状态

2. 第二次挥手（ACK）

   • 服务器 → 客户端：确认收到（ACK=1, ack=u+1）
   • 表示：“收到请求，但我还没发完数据”
   • 服务器进入 CLOSE_WAIT，客户端进入 FIN_WAIT_2

3. 第三次挥手（FIN）

   • 服务器 → 客户端：请求关闭（FIN=1, seq=w）
   • 表示：“我也发完了，可以断开”
   • 服务器进入 LAST_ACK 状态

4. 第四次挥手（ACK）

   • 客户端 → 服务器：确认关闭（ACK=1, ack=w+1）
   • 客户端进入 TIME_WAIT，等待 2MSL 后彻底关闭
   • 服务器收到 ACK 后进入 CLOSED 状态

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四次挥手示意图

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TIME_WAIT 的作用

客户端在 TIME_WAIT 状态等待 2 × MSL（最大报文寿命时间），目的有：

1. 确保服务器收到最后的 ACK（若丢失可重传 FIN）
2. 避免旧连接残留数据干扰新连接

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三、常见异常与优化

异常情况	原因	优化建议
SYN 洪泛攻击	大量 SYN 包不完成握手导致半开连接过多	启用 SYN Cookie、限制半连接数量
CLOSE_WAIT 过多	服务端未及时关闭 socket	检查代码逻辑、释放连接
TIME_WAIT 过多	高频连接建立与关闭	调整系统内核参数、使用连接复用

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四、总结

阶段	次数	核心目的
建立连接	三次握手	确认双方通信能力，防止误连接
断开连接	四次挥手	确保数据传输完成并安全关闭
TIME_WAIT	等待 2MSL	保证 ACK 可靠传达与旧数据清除