TCP 握手与挥手

TCP 是面向连接的协议，数据传输前必须先建立连接，结束后必须释放连接。建立连接用三次握手，释放连接用四次挥手。这两个过程决定了每一次网络请求的起止延迟。

一、为什么需要握手

TCP 需要保证双方都具备发送和接收的能力，三次握手是能确认这一点的最少次数：

一次握手：只有客户端确认了服务器能收，服务器不知道客户端能收
两次握手：服务器确认了客户端能收，但客户端不知道服务器能收
三次握手：双方都确认了对方的收发能力，连接可以可靠建立

二、三次握手（建立连接）

客户端                        服务器
  |                              |
  |------- SYN (seq=x) -------->|   第一次：请求连接
  |                              |
  |<-- SYN+ACK (seq=y, ack=x+1)-|   第二次：同意连接
  |                              |
  |------- ACK (ack=y+1) ------>|   第三次：确认连接
  |                              |
  |======== 连接建立，可以传输数据 ========|

第一次握手：客户端 → 服务器（SYN）

客户端发送 SYN 报文，请求建立连接：

SYN = 1：表示这是一个连接请求
seq = x：客户端的初始序列号（随机生成，防止历史报文干扰）

此时客户端进入 SYN_SENT 状态。

第二次握手：服务器 → 客户端（SYN + ACK）

服务器收到请求后，回复一个 SYN + ACK 报文：

SYN = 1：服务器也请求建立连接
ACK = 1：确认收到客户端的 SYN
ack = x + 1：期望收到客户端下一个序号为 x+1 的报文
seq = y：服务器的初始序列号

此时服务器进入 SYN_RCVD 状态。

第三次握手：客户端 → 服务器（ACK）

客户端收到服务器的 SYN + ACK 后，发送最后一个 ACK：

ACK = 1：确认收到服务器的 SYN
ack = y + 1：期望收到服务器下一个序号为 y+1 的报文

双方进入 ESTABLISHED 状态，连接正式建立，HTTP 请求可以在此连接上发送。

三、四次挥手（释放连接）

连接的释放需要四步，因为 TCP 是全双工的——客户端和服务器各自的数据通道需要独立关闭。

客户端                        服务器
  |                              |
  |------- FIN (seq=u) -------->|   第一次：客户端请求关闭
  |                              |
  |<------ ACK (ack=u+1) -------|   第二次：服务器确认（可能还有数据要发）
  |                              |
  |<------ FIN (seq=v) ---------|   第三次：服务器数据发完，请求关闭
  |                              |
  |------- ACK (ack=v+1) ------>|   第四次：客户端确认
  |                              |
  |== 客户端等待 2MSL 后彻底关闭 ==|

第一次挥手：客户端 → 服务器（FIN）

客户端发送 FIN 报文，表示"我的数据发完了，请求关闭"。客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。

第二次挥手：服务器 → 客户端（ACK）

服务器确认收到 FIN，但此时服务器可能还有数据未发完，连接进入半关闭状态。客户端进入 FIN_WAIT_2 状态，继续接收服务器的数据。

第三次挥手：服务器 → 客户端（FIN）

服务器数据全部发完后，主动发送 FIN，表示"我也可以关闭了"。服务器进入 LAST_ACK 状态。

第四次挥手：客户端 → 服务器（ACK）

客户端发送最后的 ACK，进入 TIME_WAIT 状态，等待 2MSL（两倍报文最大生存时间，约 2 分钟）后关闭，确保服务器收到了最后的 ACK。

四、TIME_WAIT 的作用

客户端关闭前等待 2MSL 有两个目的：

确保服务器收到最后的 ACK：如果 ACK 丢失，服务器会重发 FIN，客户端在 2MSL 内还能再次响应。
让旧连接的报文消散：防止本次连接残留的延迟报文被下一个新连接误认。

服务端大量 TIME_WAIT 通常说明短连接太多，可以通过开启 Keep-Alive 复用连接来缓解。

五、前端角度的影响

每次建立新的 TCP 连接都要经历三次握手，这意味着额外的延迟（通常 1.5× RTT）。

减少握手次数的常用手段：

手段	原理
`Connection: keep-alive`	HTTP/1.1 默认开启，复用 TCP 连接，避免重复握手
HTTP/2	单个连接上多路复用，多个请求共享一次握手
HTTP/3（QUIC）	基于 UDP，首次连接 1-RTT，恢复连接 0-RTT
`<link rel="preconnect">`	提前与目标域名完成 TCP 握手和 TLS 协商
CDN	用户就近连接节点，缩短 RTT，握手延迟更低

<!-- 提前与第三方域名完成握手，页面请求资源时不再等待 -->
<link rel="preconnect" href="https://fonts.googleapis.com" />
<link rel="dns-prefetch" href="https://cdn.example.com" />

TCP 握手与挥手

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