相信各位伙伴在求职1年以上的工作经验的职位时，98%会被问到是否了解TCP的三次握手四次挥手，正常思维逻辑，我们都会按序描述三次握手四次挥手的过程。倘若深究一下，为什么要三次握手四次挥手？这样做的意义是？额，不好意思。。。。若只是熟背基本概念，没有深究其真正原理，我相信回答肯定不会让面试官满意！
俗话说：知其然，更要知其所以然。开始正文。。。。。。
1、TCP服务参数介绍
在很多的关于TCP的三次握手四次挥手介绍中，以图文的形式来进行阐述。我们会看到客户端（Client）与服务端（Server）进行连接时会有很多的参数标识。
- 序列号seq： 占4个字节，用来标记数据段的顺序，TCP把连接中发送的所有数据字节都编上一个序号，第一个字节的编号由本地随机产生；给字节编上序号后，就给每一个报文段指派一个序号；序列号seq就是这个报文段中的第一个字节的数据编号；
- 确认号ack： 占4个字节，期待收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号；序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号；而确认号指的是期望接收到下一个字节的编号；因此当前报文段最后一个字节的编号+1即为确认号；
- 确认ACK： 占1位，仅当ACK=1时，确认号字段才有效。ACK=0时，确认号无效；
- 同步SYN： 连接建立时用于同步序号。当SYN=1，ACK=0时表示：这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示这是一个连接请求，或连接接受报文。SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1，握手完成后SYN标志位被置0；
- 终止FIN： 用来释放一个连接。FIN=1表示：此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放运输连接；
ACK、SYN和FIN这些大写的单词表示标志位，其值要么是1，要么是0；ack、seq小写的单词表示序号。
| 字段 | 含义 |
|---|---|
| URG | 紧急指针是否有效。为1，表示某一位需要被优先处理 |
| ACK | 确认号是否有效，一般置为1。 |
| PSH | 提示接收端应用程序立即从TCP缓冲区把数据读走。 |
| RST | 对方要求重新建立连接，复位。 |
| SYN | 请求建立连接，并在其序列号的字段进行序列号的初始值设定。建立连接，设置为1 |
| FIN | 希望断开连接。 |
2、三次握手的过程
- 第一次握手：建立首次连接时，客户端（Client） 发送syn包（syn=j）到服务器（Server），并进入同步已发送（SYN_SENT）状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。
- 第二次握手： 服务器（Server） 收到syn包，必须确认客户端（Client） 的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；
- 第三次握手： 客户端（Client） 收到服务器的SYN+ACK包，向服务器（Server） 发送确认包ACK(ack=k+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手。
3、四次挥手的过程
-
第一次挥手： 客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
-
第二次挥手： 服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
-
第三次挥手： 客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
-
第四次挥手： 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。至此完成四次挥手！
MSL是Maximum Segment Lifetime英文的缩写，中文可以译为“报文最大生存时间”，他是任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃。因为tcp报文（segment）是ip数据报（datagram）的数据部分，具体称谓请参见《数据在网络各层中的称呼》一文，而ip头中有一个TTL域，TTL是time to live的缩写，中文可以译为“生存时间”，这个生存时间是由源主机设置初始值但不是存的具体时间，而是存储了一个ip数据报可以经过的最大路由数，每经过一个处理他的路由器此值就减1，当此值为0则数据报将被丢弃，同时发送ICMP报文通知源主机。RFC 793中规定MSL为2分钟，实际应用中常用的是30秒，1分钟和2分钟等。
2MSL即两倍的MSL，TCP的TIME_WAIT状态也称为2MSL等待状态，当TCP的一端发起主动关闭，在发出最后一个ACK包后，即第3次握手完成后发送了第四次握手的ACK包后就进入了TIME_WAIT状态，必须在此状态上停留两倍的MSL时间，等待2MSL时间主要目的是怕最后一个ACK包对方没收到，那么对方在超时后将重发第三次握手的FIN包，主动关闭端接到重发的FIN包后可以再发一个ACK应答包。在TIME_WAIT状态时两端的端口不能使用，要等到2MSL时间结束才可继续使用。当连接处于2MSL等待阶段时任何迟到的报文段都将被丢弃。不过在实际应用中可以通过设置SO_REUSEADDR选项达到不必等待2MSL时间结束再使用此端口。
4、常规面试题
1. 为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？
答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，“你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。
2.为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？
答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在Client发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL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。
此问题上面的回答偏官方回答，如果在面试中真的遇到了这个问题，一句话就可以概括要点：防止网络发生异常，可能会发生客户端最后一次的ACK报文丢失，从而导致无法关闭客户端与服务端的连接。
3.为什么不能用两次握手进行连接？
①两次握手客户端可以确定服务端接收消息和发送消息的能力是没问题的，但是服务端只确定客户端的发送消息的能力是没问题的，无法确定客户端的接收消息的能力是否可靠；
②假设客户端和服务器进行TCP连接，然后第一次发送的TCP连接请求发生了阻塞。
服务端没有接收到客户端发送的报文，也就相应的无法得到服务端的响应。客户端认为这个TCP连接请求丢失了，于是重新发送了第二次TCP连接请求。这次没有阻塞，成功连接了，因为是讨论的两次握手，所以只进行两次连接就可以进行通信了。
这时候最开始的阻塞的连接请求①客户端以为丢失了，但是没有丢失，只是阻塞了而已，阻塞一段时间网络又畅通了，于是TCP连接请求①成功到达了服务器，服务器又以为是客户端又要进行数据传输，于是服务器就又对这个连接请求进行应答，两次握手，于是又成功建立了TCP连接。
但是客户端以为该请求已丢失，所以不会利用这个建立的连接请求进行数据通信。但此时服务器已分配给了资源给客户端，然而客户端并不进行数据传输，这样就白白浪费了服务器的资源，试想一下如果网络很拥堵，那么等网络变畅通以后，服务器岂不是浪费了一堆资源，可能对于正常的连接请求都无法处理了！
4、如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？
答：TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，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分钟发送一次。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。
