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TCP 三次握手与四次挥手

在学习 HTTP 协议时，我们经常会看到"三次握手"和"四次挥手"这两个词。它们其实是 TCP 协议的概念。TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种可靠的传输协议，HTTP 就是建立在 TCP 之上的。

可以把 TCP 想象成打电话：在正式通话之前，双方需要先确认彼此都能听到对方说话；通话结束时，也要礼貌地互相道别，而不是直接挂断。

三次握手：建立连接​

三次握手就像打电话时的开场确认：

sequenceDiagram
    participant 客户端
    participant 服务器

    客户端->>服务器: ① SYN：你好，能听到吗？
    服务器->>客户端: ② SYN + ACK：能听到，你能听到我吗？
    客户端->>服务器: ③ ACK：能听到，我们开始吧！

    Note over 客户端,服务器: 连接建立成功，可以传输数据了

每一步的作用​

步骤发送方内容目的
第一次客户端 → 服务器SYN（同步请求）客户端告诉服务器：我想建立连接
第二次服务器 → 客户端SYN + ACK（同步 + 确认）服务器回应：收到了，我也准备好了
第三次客户端 → 服务器ACK（确认）客户端确认：好的，我们开始通信吧

为什么是三次？​

三次握手的核心目的是确认双方的发送和接收能力都正常：

  • 第一次握手后：服务器知道客户端能发送
  • 第二次握手后：客户端知道服务器能发送和接收
  • 第三次握手后：服务器知道客户端能接收

如果只有两次握手，服务器无法确认客户端是否能正常接收数据，可能会导致资源浪费。

四次挥手：断开连接​

四次挥手就像礼貌地结束通话：

sequenceDiagram
    participant 客户端
    participant 服务器

    客户端->>服务器: ① FIN：我说完了，准备挂了
    服务器->>客户端: ② ACK：好的，我知道了
    Note over 服务器: 服务器可能还有数据要发送...
    服务器->>客户端: ③ FIN：我也说完了，可以挂了
    客户端->>服务器: ④ ACK：好的，再见！

    Note over 客户端,服务器: 连接断开

每一步的作用​

步骤发送方内容目的
第一次客户端 → 服务器FIN（结束请求）客户端：我的数据发完了
第二次服务器 → 客户端ACK（确认）服务器：收到，但我可能还有数据要发
第三次服务器 → 客户端FIN（结束请求）服务器：我也发完了，可以断开了
第四次客户端 → 服务器ACK（确认）客户端：好的，再见

为什么是四次？​

断开连接需要四次，是因为 TCP 连接是双向的，每个方向都需要单独关闭：

  • 客户端说"我说完了"（第一次），服务器确认（第二次）—— 关闭客户端到服务器的方向
  • 服务器说"我也说完了"（第三次），客户端确认（第四次）—— 关闭服务器到客户端的方向

这就像打电话时，你说完了不代表对方也说完了，需要双方都确认没有话要说，才能挂断电话。

总结​

对比项三次握手四次挥手
目的建立连接断开连接
次数3 次4 次
关键标志SYN、ACKFIN、ACK
发起方客户端任意一方（通常是客户端）

理解了 TCP 的三次握手和四次挥手，再回头看 HTTP 版本演进 中提到的"短连接"和"持久连接"，就更容易理解为什么 HTTP/1.0 的短连接效率低下——每次请求都要经历一次完整的握手和挥手过程。

面试常见问题​

Q1：为什么握手是三次，而挥手是四次？​

握手三次：建立连接时，服务器收到 SYN 后可以把 SYN 和 ACK 合并在一条消息中发送，所以只需要三次。

挥手四次：断开连接时，服务器收到客户端的 FIN 后，可能还有数据没发完，所以只能先回复 ACK 表示"我知道了"，等数据发完后再发送 FIN。这两步无法合并，所以需要四次。

Q2：如果第三次握手丢失会怎样？​

  • 客户端认为连接已建立，开始发送数据
  • 服务器没收到 ACK，会重传第二次握手的 SYN+ACK
  • 如果多次重传后仍未收到 ACK，服务器会放弃连接

Q3：什么是 SYN 洪泛攻击？​

攻击者伪造大量不同 IP 地址发送 SYN 请求，服务器回复 SYN+ACK 后等待第三次握手，但永远等不到。这会导致服务器维护大量"半连接"，耗尽资源。

防御方式：SYN Cookie、限制半连接数量、缩短超时时间等。

Q4：什么是 TIME_WAIT 状态？为什么需要它？​

客户端发送最后一个 ACK 后，不会立即关闭连接，而是进入 TIME_WAIT 状态，等待 2 倍的 MSL（Maximum Segment Lifetime，报文最大生存时间）。

原因有两个：

  1. 确保最后的 ACK 能到达：如果服务器没收到 ACK，会重发 FIN，客户端需要能够响应
  2. 让旧连接的数据包消失：防止旧连接的延迟数据包影响新连接

Q5：四次挥手能变成三次吗？​

可以。如果服务器收到 FIN 时刚好没有数据要发送，可以把 ACK 和 FIN 合并成一条消息，这样就变成了三次挥手。这种情况叫做延迟确认（Delayed ACK）。

Q6：握手过程中的序列号有什么用？​

序列号（Sequence Number）用于：

  • 保证数据按序到达：接收方根据序列号重新排列乱序的数据包
  • 防止旧连接干扰：每次连接使用不同的初始序列号（ISN），避免旧数据包被误认为是新连接的数据