TCP三次握手，四次断开

三次握手

第一次握手·

客户端向服务器发送连接请求报文段，其中包含SYN（同步序列号，同步操作）标志，并选择一个随机的初始序列号。

SYN：

同步序列号。 TCP/IP 建立连接时使用的握手。当客户端和服务器之间建立正常的TCP 网络连接时，客户端首先发送SYN 消息，服务器响应SYN+ACK 表示收到该消息，最后客户端响应ACK 消息。这样，客户端和服务器之间就可以建立可靠的TCP连接，并可以在客户端和服务器之间传输数据。

TCP连接的第一个数据包，一个非常小的数据包。 SYN 攻击包含大量此类数据包，无法有效处理这些数据包，因为它们似乎来自实际不存在的站点。每台机器的欺骗数据包在放弃并返回正常响应之前需要几秒钟的时间。

ACK

确认字符是数据通信中使用的传输控制字符，用于指示接收方已成功接收发送方的数据。通常，这是一个ASCII 字符，并且ACK 信号可能会因协议而异。一旦发送器收到ACK信号，就可以继续发送下一个数据。如果发送方没有收到ACK 信号，它可能会重新传输当前数据包或停止发送数据，具体取决于所使用的网络协议。

在网络通信中，ACK信号对于保证数据的可靠传输非常重要。通过验证数据包发送是否成功，保证数据传输和接收的顺利进行。 ACK与NACK（Negative Acknowledgment，否定确认）相反，表示接收方在接收数据包时检测到错误，无法接受。 ACK 在流量控制中也起着重要作用。向发送方发送ACK响应允许接收方控制发送方的传输速率并确保及时接收数据。

虽然ACK的用法和含义在不同的应用场景和通信协议中可能有所不同，但其基本功能是相同的：确认数据的接收并确保可靠的通信。

第二次握手

服务器收到客户端的连接请求后，通过发送包含SYN或ACK（同步或确认）标志的报文段进行响应。该消息段包括服务器的初始序列号（Seq）和确认序列号（Ack）字段。该字段的值为客户端的初始序列号加1。

第三次握手

客户端收到服务器的响应后，向服务器发送包含ACK标志的报文段，以确认收到服务器的响应。该报文段中的确认序列号（Ack）字段的值为服务器的初始序列号加1。

通过这三次握手，客户端和服务器之间建立了可靠的连接，允许双方发送数据。

通俗地说，就是检查客户端是否能够通过三个连接成功接收到服务器的响应，以增加数据传输的可靠性。

这可以防止无效的连接请求消息意外发送到服务器并导致错误。

四次断开

第一次断开：

客户端向服务器发送FIN数据包，表示要断开连接。此时客户端进入FIN_WAIT_1状态。

FIN

FIN数据包是TCP报头中的一个标志位，标记发送方字节流的结束，用于终止连接。在TCP协议中，发送FIN包意味着发送方已经完成数据发送，准备关闭连接。下面对FIN包进行详细介绍。

1.FIN包的作用：

关闭连接：当发送方发送FIN数据包时，表明它没有更多的数据要发送，并请求释放传输连接。

确保数据完整性：发送方在关闭连接之前，等待接收方确认所有发送的数据，确保数据的可靠传输。

2、FIN包传输条件：

一旦发送方发送完所有数据，就可以通过发送FIN 数据包来关闭连接。

在异常情况下，例如客户端长时间无响应或者连接超时时，服务器可能会主动关闭连接并发送FIN数据包。

3、接收并处理FIN数据包：

接收方收到FIN 数据包后，发送ACK 数据包以确认已收到关闭请求。

如果接收方在一定时间内没有收到ACK报文，则重新发送FIN报文，以便正确关闭连接。

4.FIN包与网络安全：

在网络安全领域，FIN报文可用于检测和防御DDoS攻击。例如，您可以通过监控FIN 数据包流量和模式来识别潜在的攻击。

伪造和防止FIN数据包也是网络安全中的一个重要问题，它可以保护服务器和网络免受未经授权的访问和攻击。

FIN_WAIT_1状态

FIN_WAIT_1状态是一种TCP连接状态，通常在客户端或服务器主动关闭连接时出现。以下是FIN_WAIT_1 状态的详细信息。

1、状态的含义：当一方（通常是客户端）想要主动终止连接时，会向对方发送FIN报文。此时TCP状态为FIN_WAIT_1。此状态持续到发起方收到对方的ACK 消息为止。

2、状态转换：在FIN_WAIT_1状态下，当收到对方的ACK消息时，连接状态转变为FIN_WAIT_2。这是因为对方已经确认了终止请求，并且可能正准备终止自己的发送通道。

3、特殊情况：在真实的网络环境中，如果对端TCP对FIN发送的ACK丢失，FIN_WAIT_1状态可以持续很长时间。例如，如果服务器突然关闭，客户端没有收到ACK，客户端就会一直处于FIN_WAIT_1状态，直到超时。

4、超时处理：长时间处于FIN_WAIT_1状态会影响新连接的建立。例如，在Linux系统上，您可以通过调整tcp_fin_timeout参数来控制FIN_WAIT_1状态的超时时间。

此外，如果您的高并发服务器有大量端口处于FIN_WAIT_1 状态，则这可能是一个需要注意的问题。这可能是由于网络不稳定或忘记在程序中调用连接关闭。要解决此问题，您可能需要调整网络参数或研究程序逻辑。

综上所述，FIN_WAIT_1状态是TCP连接终止过程中的一个中间状态，表示该连接正在等待对方确认以完成终止过程。如果遇到大量FIN_WAIT_1 状态，您可能需要检查网络连接和程序逻辑，以确保连接正常关闭。

第二次断开：

服务器收到FIN报文后，向客户端发送ACK报文，表示已收到请求，此时服务器进入CLOSE_WAIT状态。

CLOSE_WAIT状态

CLOSE_WAIT状态是TCP连接状态，表示本端已发送关闭连接的请求，但远端尚未完全关闭连接。这种情况通常发生在TCP 连接终止时，例如客户端关闭连接或服务器关闭连接时。大量连接长时间处于CLOSE_WAIT 状态可能会影响系统可用性和性能。

CLOSE_WAIT状态的原因有：

应用程序无法正确处理连接终止事件。

服务器或客户端程序存在错误。

网络设备（路由器、交换机等）出现故障。

系统资源不足。

其他不明原因。

要解决此问题，请尝试以下解决方案：

确保您的应用程序正确处理连接终止事件并及时释放相关资源。

检查您的服务器和客户端程序是否存在错误并修复它们。

检查您的网络设备是否正常工作并执行任何必要的维护或更换。

增加内存和CPU等系统资源以提高应用程序性能。

考虑使用非阻塞I/O 模型来提高应用程序的并发性能。

设置SO_KEEPALIVE 选项并修改内核参数以检测和处理关闭的连接。

定期检查连接状态，及时关闭不再使用的连接。

上述措施有效减少了处于CLOSE_WAIT状态的连接数量，提高了系统性能和可用性。如果问题仍然存在，可能需要进一步诊断和解决。

第三次断开：

当服务器准备断开连接时，它会向客户端发送FIN数据包以表示同意断开连接。此时服务器进入LAST_ACK状态。

LAST_ACK状态

LAST_ACK 状态。 TCP 连接状态。在TCP的三次握手过程中，LAST_ACK状态是连接建立过程中的最后一个状态，表示客户端或服务器已经完成发送数据，正在等待对方的确认。

具体来说，当客户端发送完数据并准备关闭连接时，会发送FIN（完成）标志，并进入FIN_WAIT1状态。服务器收到FIN标志后，回复ACK（确认）标志，并进入CLOSE_WAIT状态。完全断开连接。

例如，如果通信过程中出现异常，服务器发送FIN标志后没有收到客户端的A。客户端收到ACK标志后，进入FIN_WAIT2状态，连接提前终止。然后，服务器验证所有数据已发送后，发送FIN标志并进入LAST_ACK状态。客户端收到FIN标志后，回复ACK标志，完成四次挥手过程，进入TIME_WAIT状态，2MSL（最大段寿命）后进入CLOSED状态。至此，CK确认完成。客户端发送FIN标志后没有收到服务器的ACK确认，因此连接状态保持LAST_ACK，可能会发生死锁。在实际应用中，可以通过设置适当的超时时间来避免这种情况。

此外，LACK_ACK 状态还可以指其他类型的网络通信错误，例如由于网络问题导致的ACK 数据包丢失或由于应用程序缺陷导致的死锁。处理这些类型的问题时，您通常需要检查网络连接、应用程序逻辑以及可能的系统日志，以确定问题的根本原因。

第四次断开：

客户端收到服务器的FIN报文后，向服务器发送ACK报文，表示收到请求。此时，客户端进入TIME_WAIT状态。服务器收到ACK包后进入CLOSED状态，客户端等待2MSL后进入CLOSED状态。

这四次挥手安全地关闭了客户端和服务器之间的连接。

TIME_WAIT状态

TIME_WAIT状态是TCP协议的一种特定状态，在连接的一端主动关闭连接后发生。在这种状态下，连接的一侧（通常是客户端）会等待一定的时间，以确保网络中的所有数据包都成功完成。 TIME_WAIT状态存在的主要原因有：

1. 确保数据完整性：如果一方终止连接，未发送的数据包可能会保留在网络中。为了保证这些数据包被对方正确接收，连接端进入TIME_WAIT状态并等待一定的时间，以确保对方有足够的时间接收并确认所有数据。

2.防止旧数据包干扰新连接：在网络中，数据包的传输可能会受到网络延迟、故障等影响。如果您尝试关闭直接连接并在未等待一定时间的情况下建立新连接，则旧数据包可能会干扰新连接的数据流。

处理网络中的延迟和乱序行为：在TIME_WAIT状态下，连接端等待两倍的最大消息生命周期（2MSL，MinimumSegmentLifetime）。在此期间，网络中的数据包有足够的时间发送和接收，以保证连接的完整性。

3. 防止连接冲突：为避免网络中的连接冲突，请确保在创建相同连接之前完全关闭连接。

请注意，TIME_WAIT 状态并不一定会导致问题，但它是为了确保正确终止连接和数据完整性而设置的状态。在实际网络中，TIME_WAIT 行为通常受调整操作系统TCP 参数的影响，例如减少TIME_WAIT 时间。

CLOSED状态

在计算机网络的TCP协议中，CLOSED状态是连接的初始状态，表示TCP连接是“关闭”或“未打开”。这是一种状态，用于描述TCP链路的连接建立尚未开始或完全释放的状态。

2MSL

2MSL（Maximum Segment Time to Live，最大分段生存时间）是计算机网络中特别是TCP/IP协议栈中使用的一个概念，用于保证网络内数据包的可靠传输。这是指消息段可以在网络中存在的最大时间。过了这个时间，该消息将被丢弃。这个概念是通过在TCP 报头中设置TTL（TimeToLive）字段来实现的，每次经过路由器时TTL 值都会减1。如果TTL 值减小到0，则数据报可能会被路由器丢弃，并且可能会向源主机发送ICMP Exceeded 消息。

在TCP 连接的四波过程中，2MSL 延迟起着重要作用。具体来说，当主动关闭连接的一方（通常是客户端）发送其最终的ACK消息时，必须等待2MSL才能进入CLOSED状态并释放该连接占用的资源。该等待时间具有以下特点：

1、可靠地关闭连接：保证被被动关闭的一方（通常是服务器）能够收到对其发送的FIN报文的ACK确认报文。如果ACK消息丢失，客户端会再次发送ACK消息，直到收到确认，从而避免由于ACK丢失而导致的半连接状态。

2、处理延迟的重复消息：2MSL时间可以防止来自上一个连接的消息干扰下一个连接。如果先前连接的数据仍在网络中，则它将在新连接建立后到达服务器。由于新旧连接具有相同的端口号，可能会发生数据混淆。等待2MSL 可确保丢弃这些延迟的数据包并避免混乱。

3.允许端口重用：在2MSL等待期间，定义此连接的套接字（客户端IP地址和端口号、服务器IP地址和端口号）不再可用。这可以防止新连接使用同一端口并避免数据冲突。

通常情况下，2MSL设置为2分钟，但在实际实现中，这个时间可能会根据操作系统和网络环境的不同而有所不同。例如，在Linux 系统上，2MSL 的默认值可能是30 秒或1 分钟。

断开的四种原因：TCP连接是全双工的，因此每个方向的终止必须单独进行，双方必须确认终止后才能完全终止连接。

最后总结一下，我们可以看到TCP的3次握手和4次断开连接是TCP协议保证数据可靠传输和连接管理的重要机制。

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