三次握手
三次握手（Three-Way Handshake）是 TCP/IP 協議中建立連線的過程，它用於確保通訊雙方都能準備好開始資料傳輸，並且能同步雙方的初始序列號。三次握手是一個可靠的連線建立過程，目的是為了確保雙方的連線狀態一致，且資料傳輸能夠順利進行。
三次握手的步驟
三次握手的過程是透過三個資料包來完成的，它的步驟如下：
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客戶端 → 伺服器：SYN（同步請求）
客戶端首先向伺服器傳送一個 SYN（Synchronize）包，用來請求建立連線。這個包包含客戶端的初始序列號（Seq），即客戶端從哪個序列號開始傳送資料。此時，客戶端處於 SYN_SEND 狀態。傳送的包格式：
- SYN = 1
- Seq = X（客戶端的初始序列號）
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伺服器 → 客戶端：SYN + ACK（同步應答）
伺服器收到客戶端的 SYN 包後，回覆一個 SYN + ACK（同步應答）包，表示同意建立連線，並將自己的初始序列號Seq設定為伺服器選擇的初始序列號（Y）。同時，伺服器會將客戶端的序列號加 1 作為應答號（Ack = X + 1），以告訴客戶端它已經成功接收到客戶端的請求。傳送的包格式：
- SYN = 1
- ACK = 1
- Seq = Y（伺服器的初始序列號）
- Ack = X + 1（確認客戶端的序列號）
-
客戶端 → 伺服器：ACK（確認）
客戶端收到伺服器的 SYN + ACK 包後，會傳送一個確認包 ACK，表示自己已經接收到伺服器的應答，並且確認序列號為Y + 1。此時，客戶端和伺服器之間的連線就正式建立起來了。傳送的包格式：
- SYN = 0
- ACK = 1
- Seq = X + 1（客戶端確認號）
- Ack = Y + 1（確認伺服器的序列號）
三次握手的狀態變化
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客戶端：
- CLOSED → SYN_SENT（傳送 SYN 包）
- SYN_SENT → ESTABLISHED（接收到 ACK 包，連線建立成功）
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伺服器：
- CLOSED → LISTEN（等待客戶端的連線請求）
- LISTEN → SYN_RECEIVED（接收到 SYN 包，傳送 SYN + ACK 包）
- SYN_RECEIVED → ESTABLISHED（接收到客戶端的 ACK 包，連線建立成功）
三次握手的作用
- 同步序列號：三次握手過程中，雙方會交換初始的序列號，確保後續資料傳輸時雙方的序列號是同步的。每次連線的建立都會選擇新的序列號。
- 確認雙方的接收能力：三次握手確保雙方都可以接收資料，並且知道對方可以傳送和接收資料。
- 建立連線時的確認機制：透過三次握手，雙方可以確認對方的存在、連線能力以及對資料包的響應能力。
為什麼是三次？
- 第一次握手：客戶端傳送一個 SYN 包，告知伺服器自己希望建立連線，並同步初始序列號。
- 第二次握手：伺服器收到客戶端的 SYN 包後，傳送一個 SYN + ACK 包，表示自己同意建立連線，並確認客戶端的序列號。
- 第三次握手：客戶端收到伺服器的 SYN + ACK 包後，傳送一個 ACK 包，表示確認接收到伺服器的序列號和連線建立請求。
只有在這三次交換完成後，客戶端和伺服器才能正式開始資料通訊。
三次握手與可靠性
三次握手的三個步驟，確保了以下幾個方面的可靠性：
- 雙方的確認：透過交換序列號和確認號，確保雙方的初始連線序列號一致。
- 連線的雙向確認：客戶端和伺服器都會明確地確認對方是否準備好建立連線。
- 防止舊連線干擾：由於每次建立連線都會選擇新的序列號，這避免了過去的連線對新連線產生干擾。
三次握手與四次揮手的對比
- 三次握手用於連線的建立，確保通訊雙方準備好進行資料傳輸。
- 四次揮手用於連線的終止，確保雙方都沒有更多的資料需要傳送，從而安全關閉連線。
舉個簡單例子
假設有一個客戶端和伺服器：
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客戶端 → 伺服器：SYN
客戶端想要與伺服器建立連線，傳送一個帶有 SYN 標誌的資料包，告訴伺服器開始連線。
SYN = 1, Seq = X -
伺服器 → 客戶端：SYN + ACK
伺服器收到客戶端的 SYN 包後，響應一個帶有 SYN 和 ACK 標誌的資料包，表示同意連線。伺服器還會隨機選擇自己的初始序列號。
SYN = 1, ACK = 1, Seq = Y, Ack = X + 1 -
客戶端 → 伺服器：ACK
客戶端收到伺服器的 SYN + ACK 包後，向伺服器傳送一個帶 ACK 標誌的資料包，表示自己也收到了伺服器的序列號，連線正式建立。
ACK = 1, Seq = X + 1, Ack = Y + 1
透過這三次資料包交換，客戶端和伺服器之間的連線正式建立，雙方可以開始資料傳輸。
總結
三次握手是 TCP/IP 協議中用於建立連線的過程，確保了雙方的通訊雙方的同步和確認。在這個過程中，客戶端和伺服器交換了初始序列號，確保了雙方的連線狀態一致，能夠安全有效地開始資料傳輸。
四次揮手（Four-Way Handshake）是指在 TCP 協議中，關閉一個連線的過程。它是 TCP 連線終止的標準過程。四次揮手確保了雙方都可以正常關閉連線，且資料傳輸的完整性得到保證。
在 TCP 協議中，資料傳輸是透過 三次握手（Three-Way Handshake）建立連線的，而斷開連線則需要透過四次揮手。
四次揮手
四次揮手的過程
四次揮手的過程如下：
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客戶端發起連線終止（FIN）：
- 客戶端（主動關閉方）向伺服器傳送一個 FIN（Finish）報文段，表示客戶端的資料已經傳送完畢，希望關閉連線。
- 客戶端進入 FIN_WAIT_1 狀態，等待伺服器的確認。
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伺服器確認客戶端的請求（ACK）：
- 伺服器收到客戶端的 FIN 請求後，傳送一個 ACK 報文段作為確認，確認號是客戶端的 SEQ + 1。
- 伺服器進入 CLOSE_WAIT 狀態。
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伺服器傳送連線終止（FIN）：
- 伺服器傳送一個 FIN 報文段，表示伺服器也已經沒有資料要傳送了，準備關閉連線。
- 伺服器進入 LAST_ACK 狀態，等待客戶端的確認。
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客戶端確認伺服器的請求（ACK）：
- 客戶端收到伺服器的 FIN 報文後，傳送一個 ACK 報文段作為確認，確認號是伺服器的 SEQ + 1。
- 客戶端進入 TIME_WAIT 狀態，等待可能存在的延遲的 ACK 報文段。
- 客戶端等待一段時間（通常是 2MSL，最大報文段生存時間）以確保伺服器收到了確認，然後進入 CLOSED 狀態，連線完全關閉。
四次揮手過程的狀態變化：
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客戶端狀態：
FIN_WAIT_1：等待伺服器確認關閉連線。FIN_WAIT_2：等待伺服器傳送關閉請求。TIME_WAIT：等待可能延遲的包到達，確保伺服器收到確認。CLOSED：連線完全關閉。
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伺服器狀態：
CLOSE_WAIT：等待應用層關閉連線。LAST_ACK：等待客戶端確認關閉連線。CLOSED：連線完全關閉。
為什麼是四次？
四次揮手的原因是，在 TCP 協議中，連線是全雙工的，即每一方向的資料傳輸是獨立的。因此，客戶端和伺服器需要分別確認各自的資料已經傳送完畢，才能安全地關閉連線。
- 第一步：客戶端希望關閉連線，傳送 FIN，表示客戶端沒有資料要傳送了。
- 第二步：伺服器收到 FIN 後，傳送 ACK，表示確認客戶端沒有資料要傳送了，但伺服器可能仍然有資料要傳送。
- 第三步：伺服器傳送 FIN，表示伺服器也沒有資料要傳送了，準備關閉連線。
- 第四步：客戶端收到伺服器的 FIN 後，傳送 ACK，確認連線的關閉。
四次揮手與三次握手的區別：
- 三次握手用於連線的建立，確保雙方都準備好開始通訊。
- 四次揮手用於連線的關閉，確保雙方都能安全地關閉連線，防止資料丟失。
示例：
- 客戶端 → 伺服器:
FIN - 伺服器 → 客戶端:
ACK（確認收到FIN） - 伺服器 → 客戶端:
FIN - 客戶端 → 伺服器:
ACK（確認收到伺服器的FIN）
在四次揮手完成後，TCP 連線會被完全關閉，雙方的通訊完全結束。
總結：
四次揮手是 TCP 連線斷開的標準過程，透過這種方式，雙方確保各自的所有資料都已經成功傳輸，並且在適當的時機安全地關閉連線。