tcp三次握手半关闭状态(Tcp的建立和关闭是否都进行了三次握手)

TCP连接和终止：建立一个连接需要三次握手，而终止一个连接要经过四次握手，这是由TCP的半关闭（halfclose）造成的。

本文主要内容1、TCP数据包格式TCP数据包格式如下：注意到中间还有几个标志位：数据包格式当中，最重要的是理解序号和确认序号。TCP为什么是稳定可靠的，与序号与确认序号这套机制紧密相关，这也是TCP的精髓。2、TCP的三次握手众所周知，TCP协议是可靠的，而UDP协议是不可靠的。在一些场景中必须用TCP，比如说用户登录，必须给出明确答复是否登录成功等。而有些场景中，用户是否接收到数据则不那么关键，比如网络游戏当中，玩家射出一颗子弹，另外的玩家是否看到，完全取决于当前网络环境，如果网络卡顿，就会有玩家已经被射杀，但界面仍然刷新不出来的情况。这种情形适合UDP。为了保证TCP协议可靠，在建立连接之时就要得到保证。最初两端的TCP进程都处于CLOSED关闭状态，A主动打开连接，而B被动打开连接。（A、B关闭状态CLOSED——B收听状态LISTEN——A同步已发送状态SYN-SENT——B同步收到状态SYN-RCVD——A、B连接已建立状态ESTABLISHED）B服务器进程就处于LISTEN（收听）状态，等待客户的连接请求。若有，则作出响应。3、TCP的传输和确认TCP 传输的可靠性，可以用一句话归结：每收到对方数据，就发送 ACK 进行确定，发送方发送后没有收到 ACK 就隔一段时间重发。就是 A 向 B 发送消息（下面将 TCP 的报文直接看做是消息，消息一词跟 TCP 报文混用），B 收到消息后需要向 A 发送 ACK。这个 ACK 相当于返回结果，没有返回结果，A 就重新发送消息。归纳起来，A 有 3 种消息需要确认。另外 A 也可以发送 RST 消息，代表出错了。出错消息不需要确认。RST 也可以当成返回接口，替代正常的 ACK。返回 ACK，表示消息发送并处理成功，返回 RST 表示消息处理失败。因为通过网络传输，还有第三种结果，就是不确定成功失败。这样归纳起来。就有三种返回结果。这两种具体情况，A 根本识别不了，都只能重发。4、TCP的序号和确认序号A 向 B 发送消息，假如同时发送 a、b、c、d 消息，因为通过网络，这些消息的顺序并非固定的。而 B 返回 ACK 结果，这样就有一个问题，这个结果到底对应了哪个消息？另外当 A 超时重发后，原来的消息延时一段时候，又重新到达了 B，这样 B 就收到两条相同的消息，那么 B 怎么确定这两条消息是相同的呢？为了解决这个对应问题，每一条消息都需要有一个编号，返回结果也应该有一个编号。TCP 的序号可以看成是发送消息的编号，确认序号可以看成是返回结果的编号。有了编号，重复的消息才可以忽略，返回结果(ACK)才可以跟消息对应起来。当建立连接的时候，TCP 选定一个初始序号，之后每发送一个数据包（消息），就将序号递增，保证每发送不同的数据包，数据包的序号都是不同的。TCP 是这样处理的：SYN、FIN 也需要递增序号。不然 A 向 B 重发多个 SYN 或者 FIN, B 根本判断不了 SYN 是否相同，这样就不可以忽略重复的数据包了。当 TCP 发送 ACK 时，相当于返回结果，需要带有确认序号，以便跟发送的消息对应起来。当发送包编号为 a，递增长度为 len。其中 SYN 和 FIN 可以看成是递增长度为 1。这条消息可以这样表示为：现在来回顾三次握手过程。 A 发送序列号x给 B ， B 回复 A 确认号 x+ 1，同时发送序列号 y， A 接收到 B 的回复后，再回复确认号 y+1，同时发送序列号 x+1。给对方的回复一定是接收到的序号加1（或者是数据长度），这样对方才能知道我已经收到了，这样才能保证TCP是可靠的。

1.在建立连接时：服务器端处于LISTEN状态时，当收到SYN报文段的建立连接请求后，服务器可以把ACK报文段和SYN报文段（ACK报文段起确认作用，即确认客户端的连接建立请求；SYN报文段起同步作用）放在一起发送，所以在连接建立时四次握手（即第二次握手时，服务器的ACK报文段和SYN报文段分开发送）可以合并为三次握手。2.而在释放连接时需要四次是因为TCP连接的半关闭造成的。由于TCP是全双工的（即数据可在两个方向上同时传递），因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这个单方向的关闭就叫半关闭。下面再详细说明下为什么要半关闭：在关闭连接时，当服务器收到客户端的FIN报文通知时，它仅仅表示客户端没有数据发送服务器了；但服务器未必将所有的数据都全部发送给了客户端，所以服务器端未必马上也要关闭连接，也即服务器端可能还需要发送一些数据给客户端之后，再发送FIN报文给客户端来表示现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的，这也是为什么释放连接时需要交换四次报文了。
因为TCP有个半关闭状态，假设A.B要释放连接，那么A发送一个释放连接报文给B，B收到后发送确认，这个时候A不发数据，但是B如果发数据A还是要接受，这叫半关闭。然后B还要发给A连接释放报文，然后A发确认，所以是4次。

TCP是面向连接的协议。传输连接是用来传送TCP报文的，TCP连接传输的三个阶段分别为：连接建立、数据传送和连接释放。TCP连接的建立采用客户服务器模式。主动发起连接建立的应用进程叫做客户，而被动等待连接建立的应用进程叫做服务器。TCP建立连接的过程叫做握手，握手需要在客户和服务器之间交换三个TCP报文段，三次握手的过程如下图所示。(2)第二次握手：服务器收到 SYN报文段后，如同意连接，则服务器会为该TCP连接分配缓存和变量，并向客户端返回确认报文段，在确认报文段中同步位 SYN = 1 和 确认位 ACK= 1，确认号 ack = x + 1，同时也为自己选择一个初始序号 seq = y。这时TCP服务器进程进入同步收到（SYN-RCVD）状态。(3)第三次握手：客户进程在收到服务器进程的确认报文后，客户端为该TCP连接分配缓存和变量，并向服务器端返回一个报文段，这个报文段是对服务器确认报文段进行确认，该报文段中 ACK = 1，确认号 seq = y + 1，而自己序号为 x + 1（即第二次握手服务器确认报文段的确认号）。客户端在发送ACK报文段后进入已建立连接（ESTABLISHED）状态，这时TCP连接已经建立。当服务器收到客户端的确认后，也进入ESTABLISHED状态。这样选择序号的目的是为了防止由于网络路由TCP报文段可能存在延迟抵达与排序混乱的问题，从而而导致某个连接的一方对它作错误的解释。下图表示了建立连接使用固定的序号存在的问题：由于一个TCP连接是被一对端点所表示的，其中包括2个IP地址和2个端口号构成的4元组，因此即便是同一个连接也会出现不同的实例，如果连接由于某个报文段长时间延迟而关闭，然后又以相同的4元组被重新打开，那么可以相信延迟的报文段又会被视为有效据重新进入新连接的数据流中，这就会导致数据乱序问题。为了避免上述的问题，避免连接实例间的序号重叠可以将风险降至最低。如前文所述，一个TCP报文段只有同时具备连接的4元组与当前活动窗口的序列号，才会在通信过程中被对方认为是正确的。然而，这也反应了TCP连接的脆弱性：如果选择合适的序列号、IP地址和端口号，那么任何人都能伪造一个TCP报文段，从而打断TCP的正常连接。所以使用初始化序号的方式（通常随机生成序号）使得序列号变得难猜，或者使用加密来避免利用这种缺点被攻击。所以，可以明白在建立TCP连接时，客户端和服务器端初始化序列号，就避免了上述的问题。前面说过，TCP序号占32位，范围是0~232- 1，并且可以重用。假如 第一次握手可以携带数据的话，如果有人使用伪TCP报文段恶意攻击服务器，那么每次都在第一次握手中的SYN报文中携带大量的数据，因为它不会理会服务器的发送和接收能力是否正常，不断地给服务器重复发送这样携带大量数据的SYN报文，这会导致服务器需要花费大量的时间和内存来接收这些报文数据，这会将导致服务器连接资源和内存消耗殆尽。所以，之所以第一次握手不能携带数据，其中的一个原因就是避免让服务器受到攻击。而对于第三次握手，此时客户端已经建立了连接，通过前两次已经知道了服务器的接收正常，并且也知道了服务器的接收能力是多少，所以可以携带数据。根据前面描述，在第一次握手，客户端向服务发送建立连接请求，第二次握手，服务器同意建立连接，并向客户端返回一个确认报文，至此客户端已经知道了服务器同意建立连接，为什么客户端还需要对服务器的允许连接报文段进行确认？第三个ACK报文段的目的简单来说主要是为了实现可靠数据传输。三次握手的目的不仅在于让通信双方了解一个连接正在建立，还在于利用数据包的选项来承载特殊的信息，交换初始序列号（Initial Sequence，ISN）。为了实现可靠传输，TCP协议通信双方，都必须维护一个序列号，以标识发送出去的数据报中，哪些是已经被对方收到的。三次握手的过程是通信双方想要告知序列号起始值，并确认已经收到序列号的必经过程。如上图，在两次握手过程中，通信双方都随机选择了自己的初始段序号，并且第二次握手的时候客户端收到了自己的确认序号，确认了自己的序列号，而服务器端还没有确认自己的序列号，没有收到确认序号， 如果这时候两次握手下就进行数据传递， 序号没有同步，数据就会乱序。即如果只是两次握手，最多只有客户端的起始序列号能被确认，而服务器断的序列号则得不到确认。在三次握手的过程中，服务器为了响应一个受到的SYN报文段，会分配并初始化连接变量和缓存，然后服务器发送一个SYNACK报文段进行响应，并等待客户端的ACK报文段。如果客户不发送ACK来完成该三次握手的第三步，最终（通常在一分多钟之后）服务器将终止该半开连接并回收资源。这种TCP连接管理协议的特性就会有这样一个漏洞，攻击者发送大量的TCP SYN报文段，而不完成第三次握手的步骤。随着这种SYN报文段的不断到来，服务器不断为这些半开连接分配资源，从而导致服务器连接资源被消耗殆尽。这种攻击就是SYN泛供攻击。为了应对这种攻击，现在有一种有效的防御系统，称为SYN cookie。SYN cookie的工作方式如下：连接释放的四次挥手过程如下图所示：(2)第二次挥手：服务器收到连接释放报文段后即发出确认，确认为ACK = 1，确认号为ack = u + 1，序号seq = v（其值是服务器前面已传送过的数据最后一个字节的序号加1），然后服务器就进入了关闭等待（CLOSE-WAIT）状态。(3)第三次挥手：如果此时服务器没有数据要发送了，此时服务器向客户端发出连接释放报文段，其FIN = 1，假设器序号为seq = w（在半关闭状态下服务器可能又发送了一些数据），服务器必须重复上次以发送的确认号ack = u + 1（因为客户端没有向服务器发送过数据，所以确认号和上次一致）。这时，服务器进入最后确认（LAST-ACK）状态，等待客户端的确认。(4)第四次挥手：客户端在收到服务器端发出的连接释放报文段后，必须对此发出确认，在确认报文段中将ACK置位1，确认号ack = w + 1，而自己的序号为seq = u + 1。之后客户端进入时间等待（TIME-WAIT）状态。在经过时间等待计时器设置的时间2MSL后，客户端才进入关闭（CLOSE）状态这是为了保证客户端发送的最后一个ACK报文段能够到达服务器端。客户端发送的ACK报文段可能丢失，因而使服务器收不到对自己已发送的释放连接报文段的确认。服务器会重传连接释放报文段，重新启动2MSL计时器，最终，客户端和服务器端都能进入CLOSE状态。在建立连接时，服务器端处于LISTEN状态时，当收到SYN报文段的建立连接请求后，它可以把ACK报文段和SYN报文段（ACK报文段起确认作用，即确认客户端的连接建立请求；SYN报文段起同步作用）放在一起发送，所以在连接建立时四次握手（即第二次握手时，服务器的ACK报文段和SYN报文段分开发送）可以合并为三次握手。而在释放连接时需要四次是因为TCP连接的半关闭造成的。由于TCP是全双工的（即数据可在两个方向上同时传递），因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这个单方向的关闭就叫半关闭。在关闭连接时，当服务器收到客户端的FIN报文通知时，它仅仅表示客户端没有数据发送服务器了；但服务器未必将所有的数据都全部发送给了客户端，所以服务器端未必马上也要关闭连接，也即服务器端可能还需要发送一些数据给客户端之后，再发送FIN报文给客户端来表示现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的，这也是为什么释放连接时需要交换四次报文了。

传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。 TCP旨在适应支持多网络应用的分层协议层次结构。 连接到不同但互连的计算机通信网络的主计算机中的成对进程之间依靠TCP提供可靠的通信服务。TCP假设它可以从较低级别的协议获得简单的，可能不可靠的数据报服务。 原则上，TCP应该能够在从硬线连接到分组交换或电路交换网络的各种通信系统之上操作。传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）是为了在不可靠的互联网络上提供可靠的端到端字节流而专门设计的一个传输协议。互联网络与单个网络有很大的不同，因为互联网络的不同部分可能有截然不同的拓扑结构、带宽、延迟、数据包大小和其他参数。TCP的设计目标是能够动态地适应互联网络的这些特性，而且具备面对各种故障时的健壮性。三次握手过程理解第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=x）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=y+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手。举个例子一对情侣准备周天去看电影。第一次握手 男孩发送：周天去看电影吧。第二次握手 女孩回应：好的。第三次握手 男孩回应：那说好了。1、为什么不能用两次握手进行连接？3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。两次握手出现意外时，将会出现资源的浪费。握手分为Server s，Client c。两次握手，当C想要建立连接时发送一个SYN，然后等待ACK，结果这个SYN因为网络问题没有及时到达S，所以C在一段时间内没收到ACK后，再发送一个SYN，这次S顺利收到，接着C也收到ACK，这时C发送的第一个SYN终于到了S，对于S来说这是一个新连接请求，然后S又为这个连接申请资源，返回ACK，然而这个SYN是个无效的请求，C收到这个SYN的ACK后也并不会理会它，而S却不知道，S会一直为这个连接维持着资源，造成资源的浪费。三次握手出现错误时的应对措施第一次握手A发送SYN传输失败，A,B都不会申请资源，连接失败。如果一段时间内发出多个SYN连接请求，那么A只会接受它最后发送的那个SYN的SYN+ACK回应，忽略其他回应全部回应，B中多申请的资源也会释放第二次握手B发送SYN+ACK传输失败，A不会申请资源，B申请了资源，但收不到A的ACK，过一段时间释放资源。如果是收到了多个A的SYN请求，B都会回复SYN+ACK，但A只会承认其中它最早发送的那个SYN的回应，并回复最后一次握手的ACK第三次握手ACK传输失败，B没有收到ACK，释放资源，对于后序的A的传输数据返回RST。实际上B会因为没有收到A的ACK会多次发送SYN+ACK，次数是可以设置的，如果最后还是没有收到A的ACK，则释放资源，对A的数据传输返回RST。TCP的四次挥手（1）首先客户端想要释放连接，向服务器端发送一段TCP报文，其中：标记位为FIN，表示“请求释放连接“；序号为Seq=U；随后客户端进入FIN-WAIT-1阶段，即半关闭阶段。并且停止在客户端到服务器端方向上发送数据，但是客户端仍然能接收从服务器端传输过来的数据。注意：这里不发送的是正常连接时传输的数据(非确认报文)，而不是一切数据，所以客户端仍然能发送ACK确认报文。（2）服务器端接收到从客户端发出的TCP报文之后，确认了客户端想要释放连接，随后服务器端结束ESTABLISHED阶段，进入CLOSE-WAIT阶段（半关闭状态）并返回一段TCP报文。前"两次挥手"既让服务器端知道了客户端想要释放连接，也让客户端知道了服务器端了解了自己想要释放连接的请求。于是，可以确认关闭客户端到服务器端方向上的连接了（3）服务器端自从发出ACK确认报文之后，经过CLOSED-WAIT阶段，做好了释放服务器端到客户端方向上的连接准备，再次向客户端发出一段TCP报文，其中：标记位为FIN，ACK，表示“已经准备好释放连接了”。注意：这里的ACK并不是确认收到服务器端报文的确认报文。序号为Seq=W；确认号为Ack=U+1；表示是在收到客户端报文的基础上，将其序号Seq值加1作为本段报文确认号Ack的值。随后服务器端结束CLOSE-WAIT阶段，进入LAST-ACK阶段。并且停止在服务器端到客户端的方向上发送数据，但是服务器端仍然能够接收从客户端传输过来的数据。（4）客户端收到从服务器端发出的TCP报文，确认了服务器端已做好释放连接的准备，结束FIN-WAIT-2阶段，进入TIME-WAIT阶段，并向服务器端发送一段报文，其中：标记位为ACK，表示“接收到服务器准备好释放连接的信号”。序号为Seq=U+1；表示是在收到了服务器端报文的基础上，将其确认号Ack值作为本段报文序号的值。确认号为Ack=W+1；表示是在收到了服务器端报文的基础上，将其序号Seq值作为本段报文确认号的值。随后客户端开始在TIME-WAIT阶段等待2MSL服务器端收到从客户端发出的TCP报文之后结束LAST-ACK阶段，进入CLOSED阶段。由此正式确认关闭服务器端到客户端方向上的连接。客户端等待完2MSL之后，结束TIME-WAIT阶段，进入CLOSED阶段，由此完成“四次挥手”。后“两次挥手”既让客户端知道了服务器端准备好释放连接了，也让服务器端知道了客户端了解了自己准备好释放连接了。于是，可以确认关闭服务器端到客户端方向上的连接了，由此完成“四次挥手”。与“三次挥手”一样，在客户端与服务器端传输的TCP报文中，双方的确认号Ack和序号Seq的值，都是在彼此Ack和Seq值的基础上进行计算的，这样做保证了TCP报文传输的连贯性，一旦出现某一方发出的TCP报文丢失，便无法继续"挥手"，以此确保了"四次挥手"的顺利完成。为何要四次分手呢？我们在此之前先说说TCP异常断开的情况TCP异常断开1、如果已经建立了连接，但是一方突然出现故障了怎么办？TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。心跳检测机制在TCP网络通信中，经常会出现客户端和服务器之间的非正常断开，需要实时检测查询链接状态。常用的解决方法就是在程序中加入心跳机制。此外，还有Heart-Beat线程、设置TCP属性等机制。通俗理解断电、死机、这意味着所有状态信息的失,如同-个失忆的人,对外界的一-切是陌生的,即使重新启动、程序征常运行也是如此。另一方肯定还是有正常记忆的,但双方状态(记忆)不对称已经无法完成正常意义的沟通,所以最好的方法,就是让好的一方检测到记忆的不对称,然后把自己的记忆也释放( reset) ,双方再重新谈-场恋爰(TCP重连)。好的一方如何检测呢?TCP Keepalive默认情况下, TCP 120分钟会发送检测信号,如果对方没有回复, 会重试几次到放弃,然后宣布对方翘辫子,发送Reset释放连接。对方收到会莫名其妙,会默默地忽视,因为压根没有这个连接(掉电释放掉了)。2个小时是一个漫长的等待 ,滞留的TCP会话会-直站用资源， 这是一种浪费!Application Keepalive为了更快地检测对方已经Dead的事实,应用程序层面可以发送检测信号,比如5 -10分钟检测一次。通过以上两种常用方法,可以克服好的一方永久驻留在内存里的现状,释放是唯一正确的方法 !实, Application Keepalive除了检测对方是否在线,大的作用是为了避免存在于通信双方之间的NAT设备表超时删除,需要周期性地刷新保活。所以四次挥手也是为了能实时的断开连接，释放资源这也是为了应对意外情况比如客户端在发送一次断开报文后直接自行断开了连接。而这个连接服务器端却没有收到。此时服务器并不知道客户端已经断开了连接。在此期间会一直发送请求判断客户端是否连接。直到最后还没有回应，才会断开连接。TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议。TCP是全双工模式，这就意味着，当主机1发出FIN报文段时，只是表示主机1已经没有数据要发送了，主机1告诉主机2，它的数据已经全部发送完毕了；但是，这个时候主机1还是可以接受来自主机2的数据；当主机2返回ACK报文段时，表示它已经知道主机1没有数据发送了，但是主机2还是可以发送数据到主机1的；当主机2也发送了FIN报文段时，这个时候就表示主机2也没有数据要发送了，就会告诉主机1，我也没有数据要发送了，之后彼此就会愉快的中断这次TCP连接。如果要正确的理解四次分手的原理，就需要了解四次分手过程中的状态变化。举个例子本来一对情侣约好周天去看电影如果是一次挥手即一方发送断开请求之后立即关闭连接。女孩不想去了，就发送：周天不去了，手机就关掉了（关闭连接），如果这个消息没有发送成功。男孩认为约会还是算数的。就一直等待，等待超时的时候询问：还在不在？此时女孩已经关机了，所以接受不到这个信息。男孩可能会等待两个小时之后才选择回去。如果是两次挥手。女孩不想去了，就发送：周天不去了。然后手机没有关机，想确认男孩有没有收到。因为是两次挥手。男孩接到信息后回应：好的。 就选择关机（断开连接，这里先看成男孩已经没有其他数据要发送，因为是两次挥手）。但是回应没有发送到。此时女孩就会一直等，并反复发送消息。但此时男孩已经关机了。女孩可能会反复发送很长时间才选择断开连接。或者男孩回复好的之后，女孩也接受到了，但男孩还有话没说完，想继续聊一聊之前的那个话题，这个话题还很重要。但是因为对面关闭连接也接收不到了。（这就可能出现传输过程中数据的不完整，不满足数据可靠）所以要等双方数据都传输完毕的四次挥手。 可以实时的关闭掉连接。