前言

儘管TCP和UDP都使用相同的網路層（IP），TCP卻嚮應用層提供與UDP完全不同的服務。TCP提供一種面向連線的、可靠的位元組流服務。
面向連線意味著兩個使用TCP的應用（通常是一個客戶和一個伺服器）在彼此交換資料之前必須先建立一個TCP連線。這一過程與打電話很相似，先撥號振鈴，等待對方摘機說“喂”，然後才說明是誰。
本文將分別講解經典的TCP協議建立連線（所謂的“3次握手”）和斷開連線（所謂的“4次揮手”）的過程。

先來認識TCP報文格式

下面是TCP報文格式圖：

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上圖中有幾個欄位需要重點介紹下：
（1）序號：Seq序號，佔32位，用來標識從TCP源端向目的端傳送的位元組流，發起方傳送資料時對此進行標記。
（2）確認序號：Ack序號，佔32位，只有ACK標誌位為1時，確認序號欄位才有效，Ack=Seq+1。
（3）標誌位：共6個，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具體含義如下：
（A）URG：緊急指標（urgent pointer）有效。
（B）ACK：確認序號有效。
（C）PSH：接收方應該儘快將這個報文交給應用層。
（D）RST：重置連線。
（E）SYN：發起一個新連線。
（F）FIN：釋放一個連線。
需要注意的是：
（A）不要將確認序號Ack與標誌位中的ACK搞混了。
（B）確認方Ack=發起方Req+1，兩端配對。

3次握手過程詳解

所謂三次握手（Three-Way Handshake）即建立TCP連線，就是指建立一個TCP連線時，需要客戶端和服務端總共傳送3個包以確認連線的建立。在socket程式設計中，這一過程由客戶端執行connect來觸發，整個流程如下圖所示：

（1）第一次握手：
Client將標誌位SYN置為1，隨機產生一個值seq=J，並將該資料包傳送給Server，Client進入SYN_SENT狀態，等待Server確認。
（2）第二次握手：
Server收到資料包後由標誌位SYN=1知道Client請求建立連線，Server將標誌位SYN和ACK都置為1，ack=J+1，隨機產生一個值seq=K，並將該資料包傳送給Client以確認連線請求，Server進入SYN_RCVD狀態。
（3）第三次握手：
Client收到確認後，檢查ack是否為J+1，ACK是否為1，如果正確則將標誌位ACK置為1，ack=K+1，並將該資料包傳送給Server，Server檢查ack是否為K+1，ACK是否為1，如果正確則連線建立成功，Client和Server進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手，隨後Client與Server之間可以開始傳輸資料了。
SYN攻擊：
在三次握手過程中，Server傳送SYN-ACK之後，收到Client的ACK之前的TCP連線稱為半連線（half-open connect），此時Server處於SYN_RCVD狀態，當收到ACK後，Server轉入ESTABLISHED狀態。SYN攻擊就是Client在短時間內偽造大量不存在的IP地址，並向Server不斷地傳送SYN包，Server回覆確認包，並等待Client的確認，由於源地址是不存在的，因此，Server需要不斷重發直至超時，這些偽造的SYN包將產時間佔用未連線佇列，導致正常的SYN請求因為佇列滿而被丟棄，從而引起網路堵塞甚至系統癱瘓。SYN攻擊時一種典型的DDOS攻擊，檢測SYN攻擊的方式非常簡單，即當Server上有大量半連線狀態且源IP地址是隨機的，則可以斷定遭到SYN攻擊了，使用如下命令可以讓之現行：

#netstat -nap | grep SYN_RECV

4次揮手過程詳解

三次握手耳熟能詳，四次揮手估計就少有人知道了。所謂四次揮手（Four-Way Wavehand）即終止TCP連線，就是指斷開一個TCP連線時，需要客戶端和服務端總共傳送4個包以確認連線的斷開。在socket程式設計中，這一過程由客戶端或服務端任一方執行close來觸發，整個流程如下圖所示：

由於TCP連線時全雙工的，因此，每個方向都必須要單獨進行關閉，這一原則是當一方完成資料傳送任務後，傳送一個FIN來終止這一方向的連線，收到一個FIN只是意味著這一方向上沒有資料流動了，即不會再收到資料了，但是在這個TCP連線上仍然能夠傳送資料，直到這一方向也傳送了FIN。首先進行關閉的一方將執行主動關閉，而另一方則執行被動關閉，上圖描述的即是如此。

• 第一次揮手：
  Client傳送一個FIN，用來關閉Client到Server的資料傳送，Client進入FIN_WAIT_1狀態。
• 第二次揮手：
  Server收到FIN後，傳送一個ACK給Client，確認序號為收到序號+1（與SYN相同，一個FIN佔用一個序號），Server進入CLOSE_WAIT狀態。
• 第三次揮手：
  Server傳送一個FIN，用來關閉Server到Client的資料傳送，Server進入LAST_ACK狀態。
• 第四次揮手：
  Client收到FIN後，Client進入TIME_WAIT狀態，接著傳送一個ACK給Server，確認序號為收到序號+1，Server進入CLOSED狀態，完成四次揮手。

上面是一方主動關閉，另一方被動關閉的情況，實際中還會出現同時發起主動關閉的情況，具體流程如下圖：

流程和狀態在上圖中已經很明瞭了，在此不再贅述，可以參考前面的四次揮手解析步驟。

結語

關於三次握手與四次揮手通常都會有典型的面試題，在此提出供有需求的XDJM們參考：

• (1) 三次握手是什麼或者流程？四次握手呢？答案前面分析就是。
• (2) 為什麼建立連線是三次握手，而關閉連線卻是四次揮手呢？

這是因為服務端在LISTEN狀態下，收到建立連線請求的SYN報文後，把ACK和SYN放在一個報文裡傳送給客戶端。而關閉連線時，當收到對方的FIN報文時，僅僅表示對方不再傳送資料了但是還能接收資料，己方也未必全部資料都傳送給對方了，所以己方可以立即close，也可以傳送一些資料給對方後，再傳送FIN報文給對方來表示同意現在關閉連線，因此，己方ACK和FIN一般都會分開傳送。