什么是三次握手和四次握手
- 1. 三次握手
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- 1.1 什么是三次握手 (three-way handshake)？
- 1.2 tcp建立连接可以两次握手吗？为什么?
- 1.3 可以采用四次握手吗？为什么？
- 1.4 第三次握手中，如果客户端的ack未送达服务器，会怎样？
- 1.5 如果已经建立了连接，但客户端出现了故障怎么办？
- 1.6 初始序列号是什么？
- 2. 四次挥手
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- 2.1 什么是四次挥手？
- 2.2 为什么不能把服务器发送的ack和fin合并起来，变成三次挥手（close_wait状态意义是什么）？
- 2.3 如果第二次挥手时服务器的ack没有送达客户端，会怎样？
- 2.4 客户端time_wait状态的意义是什么？
1.1 什么是三次握手 (three-way handshake)？
- 第一次握手：client将syn置1，随机产生一个初始序列号seq发送给server，进入syn_sent状态；
- 第二次握手：server收到client的syn=1之后，知道客户端请求建立连接，将自己的syn置1，ack置1，产生一个acknowledge number=sequence number 1，并随机产生一个自己的初始序列号，发送给客户端；进入syn_rcvd状态；
- 第三次握手：客户端检查acknowledge number是否为序列号 1，ack是否为1，检查正确之后将自己的ack置为1，产生一个acknowledge number=服务器发的序列号 1，发送给服务器；进入established状态；服务器检查ack为1和acknowledge number为序列号 1之后，也进入established状态；完成三次握手，连接建立。
1.2 tcp建立连接可以两次握手吗？为什么?
不可以。有两个原因：
- 首先，可能会出现已失效的连接请求报文段又传到了服务器端。
client 发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达 server。本来这是一个早已失效的报文段。但 server 收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是 client 再次发出的一个新的连接请求。于是就向 client 发出确认报文段，同意建立连接。假设不采用 “三次握手”，那么只要 server 发出确认，新的连接就建立了。由于现在 client 并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬 server 的确认，也不会向 server 发送数据。但 server 却以为新的运输连接已经建立，并一直等待 client 发来数据。这样，server 的很多资源就白白浪费掉了。采用 “三次握手” 的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况，client 不会向 server 的确认发出确认。server 由于收不到确认，就知道 client 并没有要求建立连接。 - 其次，两次握手无法保证client正确接收第二次握手的报文（server无法确认client是否收到），也无法保证client和server之间成功互换初始序列号。
1.3 可以采用四次握手吗？为什么？
可以。但是会降低传输的效率。
四次握手是指：第二次握手：server只发送ack和acknowledge number；而server的syn和初始序列号在第三次握手时发送；原来协议中的第三次握手变为第四次握手。出于优化目的，四次握手中的二、三可以合并。
1.4 第三次握手中，如果客户端的ack未送达服务器，会怎样？
server端：
由于server没有收到ack确认，因此会重发之前的syn ack（默认重发五次，之后自动关闭连接进入closed状态），client收到后会重新传ack给server。
client端，两种情况：
- 在server进行超时重发的过程中，如果client向服务器发送数据，数据头部的ack是为1的，所以服务器收到数据之后会读取 ack number，进入 establish 状态
- 在server进入closed状态之后，如果client向服务器发送数据，服务器会以rst包应答。
1.5 如果已经建立了连接，但客户端出现了故障怎么办？
服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位一个计时器，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。
1.6 初始序列号是什么？
tcp连接的一方a，随机选择一个32位的序列号（sequence number）作为发送数据的初始序列号（initial sequence number，isn），比如为1000，以该序列号为原点，对要传送的数据进行编号：1001、1002…三次握手时，把这个初始序列号传送给另一方b，以便在传输数据时，b可以确认什么样的数据编号是合法的；同时在进行数据传输时，a还可以确认b收到的每一个字节，如果a收到了b的确认编号（acknowledge number）是2001，就说明编号为1001-2000的数据已经被b成功接受。
2.1 什么是四次挥手？
- 第一次挥手：client将fin置为1，发送一个序列号seq给server；进入fin_wait_1状态；
- 第二次挥手：server收到fin之后，发送一个ack=1，acknowledge number=收到的序列号 1；进入close_wait状态。此时客户端已经没有要发送的数据了，但仍可以接受服务器发来的数据。
- 第三次挥手：server将fin置1，发送一个序列号给client；进入last_ack状态；
- 第四次挥手：client收到服务器的fin后，进入time_wait状态；接着将ack置1，发送一个acknowledge number=序列号 1给服务器；服务器收到后，确认acknowledge number后，变为closed状态，不再向客户端发送数据。客户端等待2*msl（报文段最长寿命）时间后，也进入closed状态。完成四次挥手。
2.2 为什么不能把服务器发送的ack和fin合并起来，变成三次挥手（close_wait状态意义是什么）？
因为服务器收到客户端断开连接的请求时，可能还有一些数据没有发完，这时先回复ack，表示接收到了断开连接的请求。等到数据发完之后再发fin，断开服务器到客户端的数据传送。
2.3 如果第二次挥手时服务器的ack没有送达客户端，会怎样？
客户端没有收到ack确认，会重新发送fin请求。
2.4 客户端time_wait状态的意义是什么？
第四次挥手时，客户端发送给服务器的ack有可能丢失，time_wait状态就是用来重发可能丢失的ack报文。如果server没有收到ack，就会重发fin，如果client在2*msl的时间内收到了fin，就会重新发送ack并再次等待2msl，防止server没有收到ack而不断重发fin。
msl(maximum segment lifetime)，指一个片段在网络中最大的存活时间，2msl就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2msl，client都没有再次收到fin，那么client推断ack已经被成功接收，则结束tcp连接。