TCP为什么需要3次握手与4次挥手

一、为什么需要“三次握手”
在谢希仁著《计算机网络》第四版中讲“三次握手”的目的是
“为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误”。
在另一部经典的《计算机网络》一书中讲“三次握手”的目的是
为了解决“网络中存在延迟的重复分组”的问题。
这两种不同的表述其实阐明的是同一个问题。

谢希仁版《计算机网络》中的例子是这样的，
“已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下：
client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，
以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。
本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后，
就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。
于是就向client发出确认报文段，同意建立连接。
假设不采用“三次握手”，那么只要server发出确认，新的连接就建立了。
由于现在client并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬server的确认，也不会向server发送数据。
但server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待client发来数据。
这样，server的很多资源就白白浪费掉了。
采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。
例如刚才那种情况，client不会向server的确认发出确认。
server由于收不到确认，就知道client并没有要求建立连接。”。
主要目的防止server端一直等待，浪费资源。
 
二、为什么需要“四次挥手”
那可能有人会有疑问，在tcp连接握手时为何ACK是和SYN一起发送，这里ACK却没有和FIN一起发送呢。
原因是因为tcp是全双工模式，接收到FIN时意味将没有数据再发来，但是还是可以继续发送数据。
握手，挥手过程中各状态介绍:
1. 3次握手过程状态： 
LISTEN:   这个也是非常容易理解的一个状态，表示服务器端的某个SOCKET处于监听状态，可以接受连接了。 
SYN_SENT: 当客户端SOCKET执行CONNECT连接时，它首先发送SYN报文，因此也随即它会进入到了SYN_SENT状态，
          并等待服务端的发送三次握手中的第2个报文。
          SYN_SENT状态表示客户端已发送SYN报文。（发送端）
SYN_RCVD: 这个状态与SYN_SENT遥想呼应这个状态表示接受到了SYN报文，
          在正常情况下，这个状态是服务器端的SOCKET在建立TCP连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态，
          很短暂，基本上用netstat你是很难看到这种状态的，
          除非你特意写了一个客户端测试程序，故意将三次TCP握手过程中最后一个 ACK报文不予发送。
          因此这种状态时，当收到客户端的ACK报文后，它会进入到ESTABLISHED状态。（服务器端）
ESTABLISHED：这个容易理解了，表示连接已经建立了。


2. 4次挥手过程状态：（可参考下图）
image 

FIN_WAIT_1: 这个状态要好好解释一下，其实FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。
            而这两种状态的区别是：
               FIN_WAIT_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时，
               它想主动关闭连接，向对方发送了FIN报文，此时该SOCKET即进入到FIN_WAIT_1状态。
               而当对方回应ACK报文后，则进入到FIN_WAIT_2状态，
               当然在实际的正常情况下，无论对方何种情况下，都应该马上回应ACK报文，
               所以FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的，
               而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到。（主动方）
FIN_WAIT_2：上面已经详细解释了这种状态，实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET，表示半连接，
            也即有一方要求close连接，但另外还告诉对方，我暂时还有点数据需要传送给你(ACK信息)，
            稍后再关闭连接。（主动方）
TIME_WAIT:  表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。
            如果FIN_WAIT_1状态下，收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时，
            可以直接进入到TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态。（主动方）
CLOSING: （比较少见）这种状态比较特殊，实际情况中应该是很少见，属于一种比较罕见的例外状态。
          正常情况下，当你发送FIN报文后，按理来说是应该先收到（或同时收到）对方的 ACK报文，
          再收到对方的FIN报文。
          但是CLOSING状态表示你发送FIN报文后，并没有收到对方的ACK报文，
          反而却也收到了对方的FIN报文。
          什么情况下会出现此种情况呢？
          其实细想一下，也不难得出结论：那就是如果双方几乎在同时close一个SOCKET的话，
          那么就出现了双方同时发送FIN报文的情况，也即会出现CLOSING状态，表示双方都正在关闭SOCKET连接。
CLOSE_WAIT: 这种状态的含义其实是表示在等待关闭。
            怎么理解呢？
            当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己，你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对方，
            此时则进入到CLOSE_WAIT状态。
            接下来呢，实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方，
            如果没有的话，那么你也就可以 close这个SOCKET，发送FIN报文给对方，也即关闭连接。
            所以你在CLOSE_WAIT状态下，需要完成的事情是等待你去关闭连接。（被动方）
LAST_ACK: 这个状态还是比较容易好理解的，它是被动关闭一方在发送FIN报文后，最后等待对方的ACK报文。
          当收到ACK报文后，也即可以进入到CLOSED可用状态了。（被动方）
CLOSED: 表示连接中断。
TCP的具体状态图可参考：

原文链接:
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