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TCP 三握四挥

news 2026/5/23 16:35:52

TCP 三次握手与四次挥手笔记

TCP 是面向连接的协议，连接建立需要三次握手，确保双方收发能力正常，为双向数据传输通道做准备。

步骤	方向	报文	客户端状态	服务端状态	说明
第一次握手	客户端 → 服务端	`SYN=1, seq=x`	`CLOSED → SYN_SENT`	`LISTEN`	客户端调用 `connect()`，主动发起连接请求，携带初始序列号 `x`
第二次握手	服务端 → 客户端	`SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1`	`SYN_SENT`	`LISTEN → SYN_RECV`	服务端回复 `SYN+ACK`，携带自身初始序列号 `y`，确认客户端的 `x+1`
第三次握手	客户端 → 服务端	`ACK=1, seq=x+1, ack=y+1`	`SYN_SENT → ESTABLISHED`	`SYN_RECV → ESTABLISHED`	客户端回复 `ACK`，确认服务端的 `y+1`，连接正式建立

客户端 connect() 函数会阻塞，直到三次握手完成后才返回。
服务端调用 listen() 后进入 LISTEN 状态，调用 accept() 会阻塞，直到收到第三次握手的 ACK 后才返回。
SYN_RECV 状态的连接也称为“半连接”，未完成三次握手的请求会被记录在半连接队列中。
CLOSED 是协议定义的虚拟状态，实际运行中不存在。
listen() 函数的第二个参数 +1，是已连接队列（ESTABLISHED 状态）的大小，用于存放三次握手完成但未被 accept() 处理的连接，高并发场景建议调大。

断开 TCP 连接需要四次挥手，因为 TCP 是全双工协议，双方都需要确认对方的发送请求，由任意一方调用 close() 触发。

步骤	方向	报文	主动关闭端状态	对端状态	说明
第一次挥手	主动关闭端 → 对端	`FIN=1, seq=u`	`ESTABLISHED → FIN_WAIT1`	`ESTABLISHED`	主动关闭端调用 `close()`，发送 `FIN`，表示不再发送数据
第二次挥手	对端 → 主动关闭端	`ACK=1, seq=v, ack=u+1`	`FIN_WAIT1 → FIN_WAIT2`	`ESTABLISHED → CLOSE_WAIT`	对端回复 `ACK`，确认收到 `FIN`，此时主动关闭端到对端的通道关闭，但对端仍可发送数据
第三次挥手	对端 → 主动关闭端	`FIN=1, ACK=1, seq=w, ack=u+1`	`FIN_WAIT2`	`CLOSE_WAIT → LAST_ACK`	对端调用 `close()`，发送 `FIN`，表示不再发送数据
第四次挥手	主动关闭端 → 对端	`ACK=1, seq=u+1, ack=w+1`	`FIN_WAIT2 → TIME_WAIT`	`LAST_ACK → CLOSED`	主动关闭端回复 `ACK`，对端收到后立即关闭；主动关闭端进入 `TIME_WAIT` 状态，持续 `2MSL`

TIME_WAIT 状态会持续 2MSL（Maximum Segment Lifetime，报文在网络中存在的最长时间，通常为30秒~2分钟），作用是确保对端收到最后一个 ACK，避免报文延迟导致新连接受干扰。
客户端主动断开时，TIME_WAIT 状态几乎无危害：客户端端口是随机分配的，不会影响端口复用。
服务端主动断开时，TIME_WAIT 会导致端口无法立即复用，影响服务重启。

为了避免服务端主动断开后端口无法立即复用，可在 bind() 之前设置 SO_REUSEADDR 选项：

int opt = 1;
setsockopt(m_listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));