電腦網路概述 傳輸層 三向交握和四次揮手

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 三向交握

TCP協議中，主動發起請求的一端稱為『用戶端』，被動串連的一端稱為『服務端』。不管是用戶端還是服務端，TCP串連建立完後都能發送和接收資料。

起初，伺服器和用戶端都為CLOSED狀態。在通訊開始前，雙方都得建立各自的傳輸控制塊（TCB）。
伺服器建立完TCB後遍進入LISTEN狀態，此時準備接收用戶端發來的串連請求。

第一次握手
用戶端向服務端發送串連請求報文段。該報文段的頭部中SYN=1，ACK=0，seq=x。請求發送後，用戶端便進入SYN-SENT狀態。

PS1：SYN=1，ACK=0表示該報文段為串連請求報文。
PS2：x為本次TCP通訊的位元組流的初始序號。
TCP規定：SYN=1的報文段不能有資料部分，但要消耗掉一個序號。
第二次握手
服務端收到串連請求報文段後，如果同意串連，則會發送一個應答：SYN=1，ACK=1，seq=y，ack=x+1。
該應答發送完成後便進入SYN-RCVD狀態。

PS1：SYN=1，ACK=1表示該報文段為串連同意的應答報文。
PS2：seq=y表示服務端作為寄件者時，發送位元組流的初始序號。
PS3：ack=x+1表示服務端希望下一個資料報發送序號從x+1開始的位元組。
第三向交握
當用戶端收到串連同意的應答後，還要向服務端發送一個確認報文段，表示：服務端發來的串連同意應答已經成功收到。
該報文段的頭部為：ACK=1，seq=x+1，ack=y+1。
用戶端發完這個報文段後便進入ESTABLISHED狀態，服務端收到這個應答後也進入ESTABLISHED狀態，此時串連的建立完成！

為什麼串連建立需要三向交握，而不是兩次握手？
防止失效的串連請求報文段被服務端接收，從而產生錯誤。

PS：失效的串連請求：若用戶端向服務端發送的串連請求丟失，用戶端等待應答逾時後就會再次發送串連請求，此時，上一個串連請求就是『失效的』。

若建立串連只需兩次握手，用戶端並沒有太大的變化，仍然需要獲得服務端的應答後才進入ESTABLISHED狀態，而服務端在收到串連請求後就進入ESTABLISHED狀態。此時如果網路擁塞，用戶端發送的串連請求遲遲到不了服務端，用戶端便逾時重發請求，如果服務端正確接收並確認應答，雙方便開始通訊，通訊結束後釋放串連。此時，如果那個失效的串連請求抵達了服務端，由於只有兩次握手，服務端收到請求就會進入ESTABLISHED狀態，等待發送資料或主動發送資料。但此時的用戶端早已進入CLOSED狀態，服務端將會一直等待下去，這樣浪費服務端串連資源。

四次揮手

TCP串連的釋放一共需要四步，因此稱為『四次揮手』。
我們知道，TCP串連是雙向的，因此在四次揮手中，前兩次揮手用於斷開一個方向的串連，後兩次揮手用於斷開另一方向的串連。

第一次揮手
若A認為資料發送完成，則它需要向B發送串連釋放請求。該請求只有報文頭，頭中攜帶的主要參數為：
FIN=1，seq=u。此時，A將進入FIN-WAIT-1狀態。

PS1：FIN=1表示該報文段是一個串連釋放請求。
PS2：seq=u，u-1是A向B發送的最後一個位元組的序號。
第二次揮手
B收到串連釋放請求後，會通知相應的應用程式，告訴它A向B這個方向的串連已經釋放。此時B進入CLOSE-WAIT狀態，並向A發送串連釋放的應答，其報文頭包含：
ACK=1，seq=v，ack=u+1。

PS1：ACK=1：除TCP串連請求報文段以外，TCP通訊過程中所有資料報的ACK都為1，表示應答。
PS2：seq=v，v-1是B向A發送的最後一個位元組的序號。
PS3：ack=u+1表示希望收到從第u+1個位元組開始的報文段，並且已經成功接收了前u個位元組。
A收到該應答，進入FIN-WAIT-2狀態，等待B發送串連釋放請求。

第二次揮手完成後，A到B方向的串連已經釋放，B不會再接收資料，A也不會再發送資料。但B到A方向的串連仍然存在，B可以繼續向A發送資料。

第三次揮手
當B向A發完所有資料後，向A發送串連釋放請求，要求標頭：FIN=1，ACK=1，seq=w，ack=u+1。B便進入LAST-ACK狀態。

第四次揮手
A收到釋放請求後，向B發送確認應答，此時A進入TIME-WAIT狀態。該狀態會持續2MSL時間，若該時間段內沒有B的重發請求的話，就進入CLOSED狀態，撤銷TCB。當B收到確認應答後，也便進入CLOSED狀態，撤銷TCB。

為什麼A要先進入TIME-WAIT狀態，等待2MSL時間後才進入CLOSED狀態？
為了保證B能收到A的確認應答。
若A發完確認應答後直接進入CLOSED狀態，那麼如果該應答丟失，B等待逾時後就會重新發送串連釋放請求，但此時A已經關閉了，不會作出任何響應，因此B永遠無法正常關閉。

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