深入理解 TCP 协议的握手和挥手
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1. 引言
TCP 协议是计算机网络 [1] 中运输层的重要协议，深入理解 TCP 协议能够帮助我们 更好的理解计算机网络的原理。而 TCP 协议在连接建立和连接释放的过程中，会经历 三次握手和四次挥手，期间各种状态的转变较为复杂，对于初学者来说，由于状态较 多，过程较为复杂，理解难度较大。本文将从通信双方的单个状态开始出发，结合图 形，详细分析状态转化流程，以帮助其深入理解握手和挥手协议。
2. 三次握手
Figure 1
当 A 和 B 同时主动建立连接请求时如图 2，即 A 主动向 B 发送了 A_SYN，其 B 也
主动向 A 发送了 B_SYN，一段时间后，设 A 先收到来自 B 的连接建立请求 B_SYN，
此时 A 一方面对其进行确认 B_SYN_ACK，另一方面再次发送连接建立请求 A_SYN，
最后当 B 收到来自 A 的 A_SYN 后完成对 A 的确认 A_SYN_ACK 即可完成连接建立。这种情况下，A 发送了两次 A_SYN，A 和 B 之间就经历了四次握手。
Figure 2
最后来总结一下 A 和 B 之间的状态变化情况，如图 3所示，A 发送 A_SYN 后 进入了 SYN_SEND 状态，当收到来自 B 的 B_SYN 以及 A_SYN_ACK 后直接进入ESTABLISHED 状态，在 SYN_SEND 状态下，如果只收到了来自 B 的 B_SYN 后，则除 了发送 B_SYN_ACK 外，还需要再次发送 A_SYN 给 B，并进入 SYN_RECV 状态，一 段时间后，收到来自 B 的 A_SYN_ACK 确认信息后，才进入 ESTABLISHED 状态。
Figure 3
3. 四次挥手
Figure 4: 某时刻 A 向 B 发送了 FIN
假设某时刻 A 主动提出结束通信，A 向 B 发送了通信结束标记 FIN，如图 4所示，
然后 A 进入等待，后续 A 收到来自 B 的信息有三种情况:
(1) 同时收到 FIN 和 ACK。
Figure 5
(2) 先收到 ACK，再收到 FIN。
Figure 6
(3) 先收到 FIN，再收到 ACK。
Figure 7
接下来将讨论这三种情况下 A 的状态变化，如图 8所示，开始 A 所处的状态是 Established 连接建立状态，当发出 A_FIN 后进入了 FIN_WAIT_1 状态，然后就对应了 上面讨论的三种情况:
(1) 如果同时收到A_FIN_ACK和B_FIN时，则进入TIME_WAIT状态，如图斜线所示。(2) 如果先收到 A_FIN_ACK，则进入 FIN_WAIT_2 状态，然后收到 B_FIN 后进入
TIME_WAIT 状态，如左下方所示。
(3) 如果先收到 B_FIN，则进入 CLOSING 状态，然后收到 A_FIN_ACK 后进入
TIME_WAIT 状态，如右上方所示。
上述所有的 TIME_WAIT 状态下，经过 2 倍的报文传输超时后，自动进入 CLOSED 状态。
Figure 8
从上面的分析可知，A 的状态变化主要有三种路线:
(1) ESTABLISHED → FIN_WAIT_1 → TIME_WAIT → CLOSED
(2) ESTABLISHED → FIN_WAIT_1 → FIN_WAIT_2 → TIME_WAIT → CLOSED
(3) ESTABLISHED → CLOSING → TIME_WAIT → CLOSED
A 的状态变化较为复杂，接下来将介绍简单的 B 的状态变化，如图 9所示，B 在收到 A 发来的 A_FIN 后，发送 A_FIN_ACK 后就进入了 CLOSE_WAIT 状态，然 后发送 B_FIN 后进入 LAST_ACK 状态，最后收到确认后，进入 CLOSED 状态，即 EST ABLISHED → CLOSE_WAIT → LAST _ACK → CLOSED。
4. 结束语
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