TCP协议：三次握手、四次挥手，你真的了解吗？
什么是TCP网络分层
应⽤层
应用层是网络协议栈中的最顶层，主要负责应用程序之间的通信。其中一种常见的应用层协议是HTTP协议，它定义了应用程序之间如何传递报文。
传输层
传输层是为两台主机之间的应用进程提供端到端的逻辑通信的层级。其中一种常见的传输层协议是TCP协议，它负责可靠的数据传输。
⽹络互连层
网络互连层负责主机之间的通信，它将传输层产生的数据包封装成分组数据包，并通过路由选择将其发送到目标主机。IP协议是网络互连层的主要协议，TCP和UDP协议都使用IP协议作为网络层协议。该层的主要作用是为数据包添加源地址和目标地址，并将数据包传送到目标地址。
⽹络访问层
网络访问层，也称为网络接口层，负责主机连接到物理网络所需的硬件和相关协议。以太网、Wi-Fi和蓝牙工作在这一层。网络访问层提供了主机与物理网络之间的接口。
网络协议栈中的分层结构有许多优点：
- 各层独立：分层结构限制了依赖关系的范围，使得各层之间可以使用标准化的接口进行通信。每一层不需要了解上下层的具体工作方式，这样增加或修改一个应用层协议不会对传输层协议造成影响。
- 灵活性更好：分层结构使得路由器等网络设备可以只加载较少数量的协议，不需要应用层和传输层的功能。这样可以根据设备的需求选择加载的协议，提高了设备的灵活性。
- 易于测试和维护：分层结构提高了可测试性，可以独立地测试特定层的功能。此外，如果某一层有了更好的实现，可以整体替换掉该层，而无需对其他层进行修改，简化了系统的维护工作。
- 能促进标准化：分层结构使得每一层的职责清晰明确，便于进行标准化工作。每一层都有自己的规范和接口，使得不同厂商或组织可以遵循相同的标准进行开发，提高了网络设备和应用程序的互操作性。
TCP的三次握手中为什么是三次？为什么不是两次、四次？
TCP的三次握手是为了建立可靠的连接，确保通信双方都能够正常发送和接收数据。下面是三次握手的过程：
- 第一次握手：客户端向服务器发送一个带有SYN标志的数据包，表示请求建立连接。客户端将随机生成一个初始序列号（ISN）并将其放入SYN字段中。
- 第二次握手：服务器接收到客户端的请求后，会发送一个带有SYN和ACK标志的数据包作为响应。服务器将确认序列号（ACK）设置为客户端的ISN加一，并生成自己的初始序列号。
- 第三次握手：客户端收到服务器的响应后，会发送一个带有ACK标志的数据包作为确认。客户端将确认序列号设置为服务器的ISN加一。
通过三次握手，双方确认了彼此的收发能力和初始序列号，并建立了可靠的连接。为什么是三次握手而不是两次或四次呢？
如果只有两次握手，那么在某些情况下可能会导致不可靠的连接建立。例如，客户端发送了一个建立连接的请求，但由于网络延迟或其他原因，该请求在传输过程中被延迟到达服务器。服务器此时会误认为客户端要建立连接，于是发送确认响应。然而，客户端并未发送过请求，因此不会回复确认。这样就会导致服务器一直等待客户端的回复，浪费资源。
通过引入第三次握手，可以解决上述问题。在第一次握手时，客户端发出建立连接的请求，服务器接收到后进行响应。但是如果响应丢失了，客户端会再次发送请求，即第二次握手。服务器接收到后再次响应，这样就确保了双方都能正确地建立连接。
至于为什么不是四次握手，主要是因为虽然四次握手也可以实现可靠地同步双方的初始序列号，但由于第二步和第三步可以合并为一步，所以最终演变成了三次握手。而两次握手只能保证一方的初始序列号被对方成功接收，无法保证双方的初始序列号都能被确认接收。因此，三次握手是为了确保TCP连接的稳定性和可靠性而采取的最佳选择。
TCP的四次挥手为什么是四次？为什么不能是三次？
TCP的四次挥手是为了结束已建立的连接，确保双方都能正确地关闭连接并释放资源。下面是四次挥手的过程：
- 第一次挥手：客户端发送一个带有FIN（结束）标志的数据包，表示自己已经没有数据要发送了，请求关闭连接。
- 第二次挥手：服务器接收到客户端的结束请求后，会发送一个带有ACK（确认）标志的数据包作为响应，表示已收到客户端的结束请求。
- 第三次挥手：服务器发送一个带有FIN标志的数据包，表示自己也没有数据要发送了，请求关闭连接。
- 第四次挥手：客户端接收到服务器的结束请求后，会发送一个带有ACK标志的数据包作为确认，表示已收到服务器的结束请求。
通过四次挥手，双方确认彼此的结束请求，并最终关闭连接。为什么是四次挥手而不是三次？
在关闭连接时，需要确保双方都完成了数据的传输和接收，以防止数据丢失或错误。如果只有三次挥手，可能会导致一些问题。
假设只有三次挥手，当客户端发送结束请求后，服务器收到后会发送确认，表示已收到客户端的结束请求。但是在此过程中，服务器可能还有未发送完的数据，如果直接关闭连接，那么这些数据就会丢失。因此，引入第三次挥手，服务器在发送结束请求前，先发送所有未发送完的数据，并等待客户端的确认。客户端接收到服务器的结束请求后，会确认并处理完未接收的数据，然后发送确认，表示自己已准备好关闭连接。
通过四次挥手，可以确保双方都能正确地结束连接，并处理未发送和未接收的数据，保证数据的完整性和可靠性。因此，关闭连接需要四次挥手。
总结
分层结构具有多个优点。首先，每个层次都是相对独立的，这意味着可以在不影响其他层次的情况下进行修改和更新。其次，分层结构具有更好的灵活性，可以根据需要添加、删除或调整层次。第三，由于各层次之间的明确接口，易于测试和维护。最后，分层结构有助于促进标准化，因为每个层次的功能和接口都可以被规范化和标准化。
TCP协议中的三次握手用于建立可靠的连接。通过三次握手，客户端和服务器可以确认对方的可靠性和可用性，并同意建立连接。而四次挥手的设计则旨在确保连接可以正确关闭。在四次挥手过程中，双方通信结束前，首先向对方发送关闭连接的请求，然后等待对方确认关闭请求，最后确认对方关闭请求并关闭连接。这两个过程是TCP协议中非常重要的部分。
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