面试官：你再问TCP三次握手，我就要报警了！
CP三次握手和四次挥手，是面试官最爱问的“开场白”之一
别看它基础，真要讲清楚细节，分分钟让你冷汗直流！
这玩意儿就跟程序员相亲一样：
表面上问的是“你老家哪的”
实际上是在试探你有没有房、有没有车、能不能落户！
很多同学一开始答得头头是道
结果面试官一连追问：“为啥不是两次握手？”、“TIME_WAIT干啥的？”、“为啥挥手要四次？”
很多小伙伴在面试中可能会这样答：
“三次握手就是客户端和服务端互相确认连接状态的过程，四次挥手则是断开连接时双方分别关闭各自的发送通道。”
答案对吗？当然对！
但距离面试官的期望，可能还差那么一点点……
记住：简单的回答只是开始，深入的探讨才是关键。
其中有较多的细节问题，本篇文章全部会详细讲解！
接下来，希望大家能带着思考进行阅读，收获会更大。
Part1什么是TCP协议
你可以把它理解成互联网世界里的“老司机”
专治各种不可靠网络环境下的数据传输问题
它的口号是：“我不光要传得出去，还得收得回来！
简单来说，TCP 是一种 面向连接、可靠传输 的协议
它存在的意义，就是为了在那些“信号差、丢包多、谁都不靠谱”的网络环境下，给我们提供一条稳定、有序、不丢包、不乱序的数据传输高速公路。
Part2那TCP中的面向连接呢？
就是说，在真正开始传数据之前
客户端和服务器必须先坐下来“握个手”，确认彼此都在线、都能听懂对方说话
不能像发短信一样发完就走，也不管对方有没有收到。
就像相亲前先加个微信聊两句
总比直接上门提亲强吧？
Part3可靠传输？怎么保证？
- 数据是按顺序传送的，不会前面的还没到，后面的先来了；
- 每次传数据都会做校验，要是数据在路上被“压碎”了，接收方立马能发现；
- 如果发现丢了包、错乱了，TCP 就会自动重传、排序，直到你满意为止。
总之，TCP 的原则是：宁可慢一点，也不能错一点！
Part4那三次握手又是干嘛的？
为了建立这个“稳如老狗”的连接
TCP 设计了一个流程叫 三次握手
目的很简单：确认双方的发送和接收能力都没毛病！
第一次握手：客户端 → 服务端
客户端主动发起请求，发送一个 SYN=1 的报文（同步标志），告诉服务端：“我想和你建立连接。”
同时指定了自己的初始序列号 seq=x。
这个 SYN 报文不能携带数据，但它会消耗一个序号。
此时客户端进入 SYN_SENT 状态，
心里默念：“我在等你回消息……”
第二次握手：服务端 → 客户端
服务端收到 SYN 后，表示收到了连接请求，于是它也回一个 SYN=1，并带上自己的初始序列号 seq=y。
同时，把客户端的 seq+1 作为确认号 ack=x+1，
意思是：“我已经收到了你的SYN，老铁。”
这次回应中 SYN=1，ACK=1，
服务端进入 SYN_RCVD 状态，
心想：“兄弟挺有诚意，我也回应一波。”
第三次握手：客户端 → 服务端
客户端收到服务端的 SYN 后，再回一个 ACK=1 的确认报文，
将服务端的 seq+1 作为确认号 ack=y+1，
表示：“我也收到了你的SYN，咱们可以正式开始了！”
这时候客户端进入 ESTABLISHED 状态，
而服务端在收到这个 ACK 后，也进入 ESTABLISHED 状态，
连接就正式建立了！
用大白话来讲就是：
第一次：客户端喊一声：“喂，你能听到吗？”
第二次：服务端回应：“我能听到，你能听到我吗？”
第三次：客户端再确认：“我也能听到，咱们可以开始了。”
这三轮对话一过，连接就算正式建立了
接下来就可以放心传数据了，不怕断、不怕乱、不怕丢！
Part5要三次握手？两次不行吗？
🤔 先问个问题：为啥非得三次握手？
三次握手的目的很简单：
确保双方的发送和接收能力都正常，并且同步初始序列号（ISN），为后续可靠传输打基础。
🚀 那两次握手行不行呢？
想象一下这个场景：
- 客户端发出连接请求
- ，但因网络原因，第一个请求报文丢了。
- 客户端再发一次请求，这次服务端收到了并且回应了确认。
- 数据传输完毕后，连接释放了。
- 然而，之前丢失的那个请求报文在某个角落里“冬眠”了一段时间，突然醒了，又飘到了服务端。
- 服务端以为这是个新的连接请求，于是又开始建立连接，结果发现客户端不理它……
这就导致了一个问题：服务端一直在等待一个永远不会来的数据包，浪费了资源！
因此，两次握手不够保险，必须通过第三次握手来确保双方的状态都正常。
Part6什么是半连接队列？
🔍 半连接队列是啥？
当服务端第一次收到客户端的 SYN 请求时，会进入 SYN_RCVD 状态。
此时，连接还没完全建立，服务端会把这种状态下的请求放在一个队列中，这就是半连接队列。
还有个全连接队列，用于存放已经完成三次握手的连接。
如果队列满了，可能会导致丢包现象。
⏳ 关于重传次数
服务端发送完 SYN-ACK 后，如果没收到客户端的确认，会进行重传。
每次重传的时间间隔通常会指数增长（如 1s, 2s, 4s, 8s……），直到超过系统规定的最大重传次数，才会从半连接队列中删除该连接。
Part7ISN 是固定的吗？
🔢 ISN 是动态变化的
ISN 是一个随时间变化的32位计数器，每4毫秒加1。
这样设计是为了防止旧的分组在网络中滞留太久，导致错误解释。
固定ISN的风险：
如果ISN是固定的，攻击者很容易猜出后续的确认号，从而发起攻击。
所以，ISN是动态生成的，以增加安全性。
Part8三次握手可以携带数据吗？
第三次握手是可以携带数据的，但第一次和第二次握手不可以。
为什么呢？
假如第一次握手可以携带数据，恶意攻击者就可以在 SYN 报文中放入大量数据，疯狂重复发送 SYN 报文，导致服务器花费大量时间和内存处理这些垃圾报文。
- 第一次握手不能带数据
- ：防止恶意攻击。
- 第三次握手可以带数据
- ：因为此时客户端已处于 ESTABLISHED 状态，知道服务端的接收和发送能力正常。
Part9什么是 SYN 攻击？
⚔️ SYN 攻击是什么？
SYN 攻击是一种典型的 DoS/DDoS 攻击手段。
攻击者会在短时间内伪造大量不存在的 IP 地址，向服务器发送大量的 SYN 请求。
服务端回复确认包后，等待客户端确认，但由于源地址是伪造的，这些确认包永远不会到达，导致服务端资源被占用。
🚨 如何检测和防御？
检测：
你可以使用以下命令来检测是否遭受 SYN 攻击：
netstat -n -p TCP | grep SYN_RECV如果你看到大量来自随机IP地址的半连接状态，基本上可以断定你正在遭受 SYN 攻击。
防御方法：
- 缩短超时时间（SYN Timeout）
- ：减少等待确认的时间。
- 增加最大半连接数
- ：提高系统承受能力。
- 过滤网关防护
- ：设置防火墙规则，限制异常流量。
- SYN cookies技术
- ：通过算法生成SYN-ACK响应，减少对内存资源的依赖。
Part10TCP 四次挥手
如果说三次握手是“确认关系”，那四次挥手就是“和平分手”。
TCP 是个很讲究感情的协议，它不会像 UDP 那样“说完就走”，而是要一步步说清楚：“我要走了”、“我知道你要走了”、“我也要走了”、“收到，拜了个拜。”
整个过程就像情侣分手一样，不是一句话就能搞定的。
而且，分手之后还要等一会儿才能彻底断开连接，这叫“2MSL 等待状态”。
💬 初始状态：
- 客户端和服务端都处于 ESTABLISHED 状态；
- 假设客户端想主动关闭连接，开始四次挥手。
第一次挥手：客户端 → 服务端
客户端发了一个 FIN 报文，表示：“我不再传数据了。”
此时客户端进入 FIN_WAIT1 状态。
FIN = 1，seq = u
不再发送新数据，但仍可以接收数据。
第二次挥手：服务端 → 客户端
服务端收到 FIN 后，马上回一个 ACK 报文，表示：“我知道你要走了。”
并把客户端的序号+1作为确认号返回。
此时服务端进入 CLOSE_WAIT 状态，客户端进入 FIN_WAIT2 状态。
ACK = 1，ack = u+1，seq = v
这时候只是单向关闭，服务端还能继续发数据给客户端。
第三次挥手：服务端 → 客户端
服务端处理完自己的数据后，也准备关闭连接，于是也发一个 FIN 报文，表示：“我也要走了。”
此时服务端进入 LAST_ACK 状态。
FIN = 1，ACK = 1，seq = w，ack = u+1
第四次挥手：客户端 → 服务端
客户端收到服务端的 FIN 后，回一个 ACK 报文，表示：“收到啦，咱们正式拜拜。”
然后客户端进入 TIME_WAIT 状态，等待一段时间后才真正关闭连接。
服务端收到 ACK 后直接进入 CLOSED 状态。
ACK = 1，ack = w+1，seq = u+1
客户端必须等 2MSL 时间才能彻底关闭连接。
Part11挥手为什么需要四次？两次不行吗？
因为 TCP 是全双工通信，双方都能发数据
所以不能像三次握手那样“合并发送”。
举个栗子🌰：
当服务端收到客户端的 FIN 时
它可能还有数据没发完，不能立马断开连接
只能先回一个 ACK 表示“我收到了”
等自己数据发完了，再发一个 FIN 表示“我也好了”。
所以中间这个缓冲期，就导致了四次挥手。
如果强行合并成两次，那就可能出现一边关了另一边还在傻等的情况
这就叫“半死不活”的连接，系统资源浪费严重！
Part12TIME_WAIT状态为什么要等2MSL？
这个“2MSL”听起来很神秘，其实它就是：
Maximum Segment Lifetime 的两倍时间，也就是报文段在网络中能存活的最长时间。
比如 MSL 是 60 秒，那 2MSL 就是 120 秒。
为啥要等这么久？
两个关键原因：
✅ 1. 确保最后一个 ACK 能到达服务端
万一客户端发的这个 ACK 丢了怎么办？
服务端会因为没收到 ACK 而重新发 FIN
这时候客户端还没彻底关闭，就能重新响应 ACK
避免服务端一直卡在 LAST_ACK 状态
如果不等 2MSL，客户端一发完就跑路
服务端收不到确认，就会无限重传，直到超时
✅ 2. 防止旧连接的报文干扰新连接
假设客户端不等 2MSL，直接关闭连接
而某个老报文在路上绕了一圈又回来了
这时候刚好有个新连接使用了同样的五元组（IP + 端口）
那这个老报文就可能被当成新连接的数据处理，造成混乱。
等 2MSL 的目的，就是让网络上所有属于旧连接的报文都“寿终正寝”
这样新连接就不会误判这些“幽灵报文”
为帮助理解 TCP 连接建立（三次握手）与终止（四次挥手）的状态变化，特提供一张典型的状态变迁图（见下图）。其中，粗实线箭头指示客户端的标准状态变迁，粗虚线箭头指示服务器端的标准状态变迁。
Part13TIME_WAIT 和 CLOSE_WAIT
TCP 中的两个“尴尬状态”：TIME_WAIT 和 CLOSE_WAIT
这两个状态可以说是 TCP 通信中的“分手后遗症”
一个是因为分手太慢被卡住（TIME_WAIT）
另一个是因为对方迟迟不分手而僵持（CLOSE_WAIT）
下面我来给你讲清楚它们到底啥意思、为啥会出问题、怎么解决！
🕒 TIME_WAIT 状态 —— 主动分手者的等待期
“我说拜拜了，你确定收到没？再等一会儿我才彻底走。”
✅ 它是谁触发的？
由主动关闭连接的一方触发。比如客户端调用了 close() 或 shutdown()，它就进入了“分手流程”。
🤔 它为什么存在？
主要是为了两个目的：
- 确保最后一个 ACK 能到达服务端
如果这个 ACK 丢了，服务端就会重传 FIN，客户端还能响应。 - 防止旧连接的报文干扰新连接
报文在网络里最多活 MSL 时间，等 2MSL 就能保证这些“幽灵包”都消失了。
MSL 是 Maximum Segment Lifetime，即报文段的最大生存时间，一般是 30s~60s。
所以 TIME_WAIT 的持续时间就是 2 × MSL，大约 60s 到 120s 不等。
⚠️ 它的问题是什么？
- 占用本地端口号资源；
- 大量 TIME_WAIT 可能导致端口耗尽；
- 对高并发短连接服务器影响较大（如 Web 服务器）；
🔧 怎么解决大量 TIME_WAIT？
可以用 setsockopt 设置套接字选项，允许地址和端口复用：
int opt = 1;
setsockopt(listensock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt));这样就能避免因为 TIME_WAIT 导致的端口占用问题啦！
🐌 CLOSE_WAIT 状态 —— 被动分手者的拖延症
“你说要走了，我也收到了，但我还没关呢，你在等我……我在等你……”
✅ 它是谁触发的？
由被动关闭连接的一方触发。比如客户端先发 FIN，服务端回 ACK 后进入 CLOSE_WAIT。
🤔 它为什么存在？
表示服务端已经知道客户端要关闭连接了，但它还在等应用程序去处理剩下的数据，并手动关闭 socket。
⚠️ 它的问题是什么？
如果程序忘了调用 close() 去关闭 socket，
那这个连接就会一直卡在 CLOSE_WAIT，
最终导致连接数爆炸、资源泄漏、服务崩溃……
💡 常见原因：
- 忘记关闭 socket；
- 没有对 read/write 返回值做正确判断；
- 多线程/异步编程中未及时释放资源；
🔧 怎么排查和解决？
可以使用如下命令查看当前系统的 CLOSE_WAIT 数量：
netstat -antp | grep CLOSE_WAIT一旦发现很多 CLOSE_WAIT，就要检查代码有没有漏掉 close() 或者异常退出没有清理资源。
总结
TCP 的连接和断开，看似只是几个来回的数据包，但背后却藏着网络通信中最核心的设计理念：可靠传输、资源管理、防止混乱。
从“三次握手”到“四次挥手”，再到“TIME_WAIT”和“CLOSE_WAIT”，这些状态不是为了难为我们，而是为了让整个互联网更稳定、更安全地运行。
作为开发者，理解它们不仅有助于应对面试官的灵魂拷问，更重要的是能在实际工作中排查问题、优化系统、写出更健壮的网络程序！
📌 如果你是初学者：建议动手抓个包看看三次握手和四次挥手的实际过程（Wireshark 走起）；
📌 如果你是进阶者：不妨研究下 TCP 的保活机制、端口复用、以及高并发下的连接管理；
📌 如果你是面试党：记住一句话——能画图、能举例、能说出坑在哪，才是真掌握！
📢面试中TCP高频面试题部分列举
- 请画出三次握手和四次挥手的示意图
- 为什么连接的时候是三次握手？
- 什么是半连接队列？
- ISN(Initial Sequence Number)是固定的吗？
- 三次握手过程中可以携带数据吗？
- 如果第三次握手丢失了，客户端服务端会如何处理？
- SYN攻击是什么？
- 挥手为什么需要四次？
- 四次挥手释放连接时，等待2MSL的意义？
- TCP和UDP的主要区别是什么？
- TCP是如何保证可靠传输的？（关键机制）
- TCP的滑动窗口机制是什么？它解决了什么问题？（流量控制）
- TCP的拥塞控制算法主要有哪些阶段？描述其基本原理。（慢启动、拥塞避免、快重传、快恢复）
- 什么是TCP的粘包和拆包问题？为什么会出现？如何解决？
- TCP的Keepalive机制是什么？它的作用是什么？有什么缺点？与应用层心跳有何区别？
- 描述TCP的状态机（重点描述连接建立和关闭过程中的状态变迁）。
- 为什么要有TIME_WAIT状态？过多的TIME_WAIT状态有什么影响？如何优化？
- TCP头部结构包含哪些关键字段？（至少说出6-8个并说明作用）
- TCP的最大报文段长度(MSS)是什么？它是如何确定的？与MTU有什么关系？
- 什么是Nagle算法？它的目的是什么？在什么场景下可能需要关闭它？
- 什么是延迟确认(Delayed ACK)？它的目的是什么？
- TCP真的100%可靠吗？（可靠性的边界）
- MTU和MSS有什么区别？
- TCP如何检测和处理丢包？（超时重传 vs 快速重传）
- TCP连接建立后，如果通信双方一直不发送数据，连接会一直保持吗？（涉及Keepalive和中间设备超时）
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