简述TCP三次握手四次挥手。为什么握手是三次，挥手是四次？

1. 三次握手（Three-Way Handshake）

定义： - 三次握手是 TCP 建立连接的过程，通过三次报文交换确保客户端和服务器都能发送和接收数据，建立可靠的双向连接。

过程： 1. 客户端发送 SYN： - 客户端发送 SYN=1, seq=x（同步报文，初始序列号 x），请求建立连接。 2. 服务器响应 SYN+ACK： - 服务器回复 SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1（同步并确认，确认客户端序列号 x+1，发送自己的序列号 y）。 3. 客户端发送 ACK： - 客户端发送 ACK=1, seq=x+1, ack=y+1（确认服务器序列号 y+1），连接建立。

图示：

客户端                服务器
  |    SYN (seq=x)     | 
  |------------------>|
  | SYN+ACK (seq=y,    |
  |     ack=x+1)       |
  |<------------------|
  | ACK (seq=x+1,      |
  |     ack=y+1)       |
  |------------------>|

作用： - 同步双方初始序列号（ISN）。 - 确认双向通信能力（客户端可发送/接收，服务器可发送/接收）。 - 防止旧连接干扰（通过随机 ISN）。

---

2. 四次挥手（Four-Way Handshake）

定义： - 四次挥手是 TCP 关闭连接的过程，通过四次报文交换确保双方数据传输完成，安全释放连接。

过程： 1. 主动方发送 FIN： - 主动关闭方（假设为客户端）发送 FIN=1, seq=x（结束报文，表示无数据发送）。 2. 被动方响应 ACK： - 被动方（服务器）回复 ACK=1, seq=y, ack=x+1（确认收到 FIN），进入半关闭状态。 3. 被动方发送 FIN： - 服务器发送 FIN=1, seq=z（表示服务器无数据发送）。 4. 主动方响应 ACK： - 客户端回复 ACK=1, seq=x+1, ack=z+1（确认收到 FIN），连接关闭。

图示：

客户端                服务器
  |    FIN (seq=x)     |
  |------------------>|
  | ACK (seq=y,        |
  |     ack=x+1)       |
  |<------------------|
  |                    |
  |    FIN (seq=z)     |
  |<------------------|
  | ACK (seq=x+1,      |
  |     ack=z+1)       |
  |------------------>|

作用： - 确保双方数据传输完成（无残留数据）。 - 安全关闭连接，释放资源。 - 处理半关闭状态（一方关闭，另一方仍可发送）。

---

3. 为什么握手是三次，挥手是四次？

(1) 为什么三次握手？

• 必要性：
• 三次握手确保双向通信可靠：
  1. 第一次（SYN）：客户端确认自己能发送。
  2. 第二次（SYN+ACK）：服务器确认自己能接收和发送，客户端确认自己能接收。
  3. 第三次（ACK）：服务器确认自己能接收。
• 三次交互完成序列号同步和双向能力验证。
• 为什么不是两次？：
• 防止旧的、重复的连接请求（延迟的 SYN 包） 干扰新的连接建立。这种情况下，B 确认了 A 的 ISN(X)，但 A 还没有向 B 确认收到了 B 的 ISN(Y)。这意味着从 A 到 B 的通信可能是可靠的（因为 B 知道 A 的起始序号），但从 B 到 A 的通信不是（因为 A 尚未确认 B 的起始序号），无法保证双向连接的可靠性。
• 为什么不是四次？：
• 三次已足够，第四次无必要信息，增加延迟。
• 第三次 ACK 可携带数据，优化效率。
• 核心：
• 三次是确认双向通信的最小次数，平衡可靠性和效率。

(2) 为什么四次挥手？

• 必要性：
• 四次挥手处理双向关闭，TCP 是全双工协议（双方可同时发送和接收），关闭需要分别确认：
  1. 主动方 FIN：表示主动方无数据发送。
  2. 被动方 ACK：确认收到主动方 FIN，进入半关闭。
  3. 被动方 FIN：表示被动方无数据发送。
  4. 主动方 ACK：确认收到被动方 FIN，连接关闭。
• 半关闭状态（CLOSE_WAIT）允许被动方继续发送数据（如服务器发送剩余响应）。
• 为什么不是三次？：
• 无法合并被动方的 ACK 和 FIN：
  • 被动方收到 FIN 后需确认（ACK），但可能仍有数据发送，需等待处理完后发送 FIN。
  • 合并会导致被动方无法发送剩余数据，或强制关闭，丢失数据。
• 示例：客户端发送 FIN，服务器有数据未发完，需先 ACK，待数据发送完后再 FIN。
• 为什么不是两次？：
• 两次无法确认双方关闭，可能导致数据丢失或连接残留。
• 核心：
• 四次挥手支持全双工和半关闭，确保双方独立关闭，数据完整。

---

4. 关键点与注意事项

三次握手

• 可靠性：
• 防止旧连接干扰（随机 ISN）。
• 检测网络异常（如 SYN 丢失重试）。
• 性能：
• 增加 1.5 RTT（往返时间）延迟。
• 优化：TCP Fast Open（TFO）复用握手。
• 安全：
• SYN 洪水攻击：大量伪造 SYN 耗尽资源。
• 解决：SYN Cookie（服务器不保存状态）。
• 状态：
• 客户端：CLOSED → SYN_SENT → ESTABLISHED。
• 服务器：CLOSED → LISTEN → SYN_RCVD → ESTABLISHED。

四次挥手

• 可靠性：
• 确保数据传输完成（半关闭支持剩余数据）。
• 超时重传（如 FIN 丢失）。
• 性能：
• 增加 2 RTT 延迟。
• 优化：延迟 ACK（合并 ACK 和 FIN）。
• 状态：
• 主动方：ESTABLISHED → FIN_WAIT_1 → FIN_WAIT_2 → TIME_WAIT → CLOSED。
• 被动方：ESTABLISHED → CLOSE_WAIT → LAST_ACK → CLOSED。
• TIME_WAIT：
• 主动方等待 2MSL（最大报文生存时间），确保最终 ACK 送达，防止旧连接干扰。
• 问题：高并发下 TIME_WAIT 过多。
• 解决：调整 MSL 或启用连接复用。

---

5. 面试角度

• 问“三次握手过程”：
• 提 SYN → SYN+ACK → ACK，说明序列号同步和双向确认。
• 问“四次挥手过程”：
• 提 FIN → ACK → FIN → ACK，强调半关闭和全双工。
• 问“为什么三次握手”：
• 提双向通信确认，两次不足（半开连接），四次多余，举丢失 SYN+ACK 示例。
• 问“为什么四次挥手”：
• 提全双工需独立关闭，ACK 和 FIN 不可合并，举服务器有数据示例。
• 问“异常处理”：
• 提 SYN 丢失（重试）、FIN 丢失（重传）、TIME_WAIT 作用（防止旧报文）。
• 问“优化”：
• 提 TFO、延迟 ACK、SYN Cookie、TIME_WAIT 调优。

---

6. 总结

• 三次握手：
• 过程：SYN → SYN+ACK → ACK。
• 作用：建立连接，同步序列号，确认双向通信。
• 为什么三次：最小次数确保可靠双向连接，两次不足（半开），四次多余。
• 四次挥手：
• 过程：FIN → ACK → FIN → ACK。
• 作用：关闭连接，确保数据完整，支持半关闭。
• 为什么四次：全双工需独立关闭，ACK 和 FIN 不可合并。
• 核心区别：
• 握手建立双向连接，三次足够；挥手关闭全双工连接，需四次处理半关闭。
• 面试建议：
• 提流程（图示）、原因（双向 vs 全双工）、状态机（SYN_SENT、TIME_WAIT）、异常（丢失重试）、优化（TFO、Cookie），清晰展示理解。