TCP为什么需要三次握手四次挥手

发表于 2019-02-16 更新于 2022-08-29 分类于 Networking 评论：阅读次数：

TCP为什么需要三次握手

简单答案：

client与server需要交换各自的Initial Sequence Number (ISN)，至少需要三次交换。
若采用两次握手，server可能会浪费资源为延迟到达的SYN包建立连接。

ISN交换至少需要三次

典型的TCP三次握手过程如下图（Computer Networking: A Top-Down Approach）：

ISN是为了保证TCP的可靠传输，client_isn与server_isn在建立连接时的带确认的交换不可能两次完成。否则如去掉最后一次ACK，server将不能确认client收到了server_isn。

本质上TCP握手也是四次：

SYN -->
    <-- ACK
    <-- SYN
ACK -->

只不过将ACK/SYN合成了一个TCP segment发送，变成了三次：

SYN -->
    <-- SYNC/ACK
ACK -->

两次握手造成的资源浪费

SYN(1)
SYN(2) -->
       <-- ACK(2)
---------------------
SYN(1) -->
       <-- ACK(1)

如上图示意，假如client先发送了SYN，由于网络拥堵导致它延迟到达。而client超时未收到server的ACK，则它将重传SYN，如果重传的SYN先于第一个SYN到达，且这次会话时间很短，在虚线处已经完成会话。之后第一个被堵住的SYN延迟到达了server。因为server已经没有任何关于已完成会话的信息，导致它会认为这是新一次的会话，再次分配资源给这个“新连接”，并发送ACK，而此时client早已关闭了连接，server的资源无法释放造成浪费。

TCP为什么需要四次挥手

四次挥手是因为TCP是全双工通信，client和server可能有一方先发送完数据中止通信，而另一方可继续单向传输。双方都需要与对方确认不再有数据发送，因此往返需要四次。

FIN -->
    <-- ACK
    <-- FIN
ACK -->

实际上，如果server在收到FIN之后，自己也不再有数据发送，则四次挥手也可三次完成，即将ACK与自己的FIN放在一个TCP segment中发送：

FIN -->
    <-- ACK/FIN
ACK -->