什麼是三次握手和四次握手

1. 三次握手

1.1 什麼是三次握手 (three-way handshake)？

• 第一次握手：Client將SYN置1，隨機產生一個初始序列號seq發送給Server，進入SYN_SENT狀態；
• 第二次握手：Server收到Client的SYN=1之後，知道客戶端請求建立連接，將自己的SYN置1，ACK置1，產生一個acknowledge number=sequence number+1，並隨機產生一個自己的初始序列號，發送給客戶端；進入SYN_RCVD狀態；
• 第三次握手：客戶端檢查acknowledge number是否爲序列號+1，ACK是否爲1，檢查正確之後將自己的ACK置爲1，產生一個acknowledge number=服務器發的序列號+1，發送給服務器；進入ESTABLISHED狀態；服務器檢查ACK爲1和acknowledge number爲序列號+1之後，也進入ESTABLISHED狀態；完成三次握手，連接建立。

1.2 TCP建立連接可以兩次握手嗎？爲什麼?

不可以。有兩個原因：

• 首先，可能會出現已失效的連接請求報文段又傳到了服務器端。
  client 發出的第一個連接請求報文段並沒有丟失，而是在某個網絡結點長時間的滯留了，以致延誤到連接釋放以後的某個時間纔到達 server。本來這是一個早已失效的報文段。但 server 收到此失效的連接請求報文段後，就誤認爲是 client 再次發出的一個新的連接請求。於是就向 client 發出確認報文段，同意建立連接。假設不採用 “三次握手”，那麼只要 server 發出確認，新的連接就建立了。由於現在 client 並沒有發出建立連接的請求，因此不會理睬 server 的確認，也不會向 server 發送數據。但 server 卻以爲新的運輸連接已經建立，並一直等待 client 發來數據。這樣，server 的很多資源就白白浪費掉了。採用 “三次握手” 的辦法可以防止上述現象發生。例如剛纔那種情況，client 不會向 server 的確認發出確認。server 由於收不到確認，就知道 client 並沒有要求建立連接。
• 其次，兩次握手無法保證Client正確接收第二次握手的報文（Server無法確認Client是否收到），也無法保證Client和Server之間成功互換初始序列號。

1.3 可以採用四次握手嗎？爲什麼？

可以。但是會降低傳輸的效率。

四次握手是指：第二次握手：Server只發送ACK和acknowledge number；而Server的SYN和初始序列號在第三次握手時發送；原來協議中的第三次握手變爲第四次握手。出於優化目的，四次握手中的二、三可以合併。

1.4 第三次握手中，如果客戶端的ACK未送達服務器，會怎樣？

Server端：
由於Server沒有收到ACK確認，因此會重發之前的SYN+ACK（默認重發五次，之後自動關閉連接進入CLOSED狀態），Client收到後會重新傳ACK給Server。

Client端，兩種情況：

• 在Server進行超時重發的過程中，如果Client向服務器發送數據，數據頭部的ACK是爲1的，所以服務器收到數據之後會讀取 ACK number，進入 establish 狀態
• 在Server進入CLOSED狀態之後，如果Client向服務器發送數據，服務器會以RST包應答。

1.5 如果已經建立了連接，但客戶端出現了故障怎麼辦？

服務器每收到一次客戶端的請求後都會重新復位一個計時器，時間通常是設置爲2小時，若兩小時還沒有收到客戶端的任何數據，服務器就會發送一個探測報文段，以後每隔75秒鐘發送一次。若一連發送10個探測報文仍然沒反應，服務器就認爲客戶端出了故障，接着就關閉連接。

1.6 初始序列號是什麼？

TCP連接的一方A，隨機選擇一個32位的序列號（Sequence Number）作爲發送數據的初始序列號（Initial Sequence Number，ISN），比如爲1000，以該序列號爲原點，對要傳送的數據進行編號：1001、1002…三次握手時，把這個初始序列號傳送給另一方B，以便在傳輸數據時，B可以確認什麼樣的數據編號是合法的；同時在進行數據傳輸時，A還可以確認B收到的每一個字節，如果A收到了B的確認編號（acknowledge number）是2001，就說明編號爲1001-2000的數據已經被B成功接受。

2. 四次揮手

2.1 什麼是四次揮手？

• 第一次揮手：Client將FIN置爲1，發送一個序列號seq給Server；進入FIN_WAIT_1狀態；
• 第二次揮手：Server收到FIN之後，發送一個ACK=1，acknowledge number=收到的序列號+1；進入CLOSE_WAIT狀態。此時客戶端已經沒有要發送的數據了，但仍可以接受服務器發來的數據。
• 第三次揮手：Server將FIN置1，發送一個序列號給Client；進入LAST_ACK狀態；
• 第四次揮手：Client收到服務器的FIN後，進入TIME_WAIT狀態；接着將ACK置1，發送一個acknowledge number=序列號+1給服務器；服務器收到後，確認acknowledge number後，變爲CLOSED狀態，不再向客戶端發送數據。客戶端等待2*MSL（報文段最長壽命）時間後，也進入CLOSED狀態。完成四次揮手。

2.2 爲什麼不能把服務器發送的ACK和FIN合併起來，變成三次揮手（CLOSE_WAIT狀態意義是什麼）？

因爲服務器收到客戶端斷開連接的請求時，可能還有一些數據沒有發完，這時先回復ACK，表示接收到了斷開連接的請求。等到數據發完之後再發FIN，斷開服務器到客戶端的數據傳送。

2.3 如果第二次揮手時服務器的ACK沒有送達客戶端，會怎樣？

客戶端沒有收到ACK確認，會重新發送FIN請求。

2.4 客戶端TIME_WAIT狀態的意義是什麼？

第四次揮手時，客戶端發送給服務器的ACK有可能丟失，TIME_WAIT狀態就是用來重發可能丟失的ACK報文。如果Server沒有收到ACK，就會重發FIN，如果Client在2*MSL的時間內收到了FIN，就會重新發送ACK並再次等待2MSL，防止Server沒有收到ACK而不斷重發FIN。

MSL(Maximum Segment Lifetime)，指一個片段在網絡中最大的存活時間，2MSL就是一個發送和一個回覆所需的最大時間。如果直到2MSL，Client都沒有再次收到FIN，那麼Client推斷ACK已經被成功接收，則結束TCP連接。