面试必问的http-1.1：三次握手-四次挥手

本文主要是介绍面试必问的http-1.1：三次握手-四次挥手，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1：http为什么是不安全的？
   1：不能这么问，
       首先http协议本身不存在安全问题，并且协议本身也几乎不会成为攻击的对象。
       所谓的http不安全，
       是指应用http协议的服务器和客户端，以及运行在服务器上的web应用资源容易受到攻击，
       这些是不安全的。

   2：因为http协议非常单纯，它不具备会话管理（无状态的），不具备加密处理。
       如果有需要，我们得重新开发，开发者需要自己设计（认证，会话管理）
       自行设计就有多样性。

       那么这些多样新的设计，就可能存在了安全问题。

   3：使用的软件（web软件存在漏洞）

三次握手的过程

最开始的时候客户端和服务器都是处于closed状态。主动打开连接的为客户端，被动打开连接的是服务器。

1：TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了LISTEN（监听）状态；

2：TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，这是报文首部中的同部位SYN=1，同时选择一个初始序列号 seq=x ，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT（同步已发送状态）状态。TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。

3：TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了SYN-RCVD（同步收到）状态。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。

4：TCP客户进程收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。

5：当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了。

问题：

为什么TCP客户端最后还要发送一次确认呢？

一句话，主要防止已经失效的连接请求报文突然又传送到了服务器，从而产生错误。

如果使用的是两次握手建立连接，假设有这样一种场景，客户端发送了第一个请求连接并且没有丢失，只是因为在网络结点中滞留的时间太长了，由于TCP的客户端迟迟没有收到确认报文，以为服务器没有收到，此时重新向服务器发送这条报文，此后客户端和服务器经过两次握手完成连接，传输数据，然后关闭连接。此时此前滞留的那一次请求连接，网络通畅了到达了服务器，这个报文本该是失效的，但是，两次握手的机制将会让客户端和服务器再次建立连接，这将导致不必要的错误和资源的浪费。

如果采用的是三次握手，就算是那一次失效的报文传送过来了，服务端接受到了那条失效报文并且回复了确认报文，但是客户端不会再次发出确认。由于服务器收不到确认，就知道客户端并没有请求连接。

TCP连接的释放（四次挥手）

数据传输完毕后，双方都可释放连接。最开始的时候，客户端和服务器都是处于ESTABLISHED状态，然后客户端主动关闭，服务器被动关闭。

1：客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。

2：服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。

3：客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。

4：服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

5：客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。

6：服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

1：为什么客户端最后还要等待2MSL？

MSL（Maximum Segment Lifetime），TCP允许不同的实现可以设置不同的MSL值。

第一，保证客户端发送的最后一个ACK报文能够到达服务器，因为这个ACK报文可能丢失，站在服务器的角度看来，我已经发送了FIN+ACK报文请求断开了，客户端还没有给我回应，应该是我发送的请求断开报文它没有收到，于是服务器又会重新发送一次，而客户端就能在这个2MSL时间段内收到这个重传的报文，接着给出回应报文，并且会重启2MSL计时器。

第二，防止类似与“三次握手”中提到了的“已经失效的连接请求报文段”出现在本连接中。客户端发送完最后一个确认报文后，在这个2MSL时间中，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样新的连接中不会出现旧连接的请求报文。

2：为什么建立连接是三次握手，关闭连接确是四次挥手呢？

建立连接的时候，服务器在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。

而关闭连接时，服务器收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，而自己也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即关闭，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方ACK和FIN一般都会分开发送，从而导致多了一次。

3：如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75分钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

上面的描述可能难于理解：

这里我搜集了网上一个将的比较好的，非常容易理解。

TCP/IP协议三次握手和四次挥手大白话解说

三次握手建立连接阐述：

第一次握手：客户端要和服务端进行通信，首先要告知服务端一声，遂发出一个SYN=1的连接请求信号,”服务端哥哥，我想给你说说话”。

第二次握手：当服务端接收到客户端的连接请求，此时要给客户端一个确认信息，”我知道了（ACK）,我这边已经准备好了，你现在能连吗（SYN）”。

第三次握手：当客户端收到了服务端的确认连接信息后，要礼貌的告知一下服务端，“好的，咱们开始联通吧（ACK）”。

到此整个建立连接的过程已经结束，接下来就是双方你一句我一句甚至同时交流传递信息的过程了。

四次挥手断开连接阐述：

第一次挥手：双方交流的差不多了，此时客户端也已经结尾了，接下来要断开通信连接，所以告诉服务端“我说完了（FIN）”，此时自身形成等待结束连接的状态。

第二次挥手：服务端知道客户端已经没话说了，服务端此时还有两句心里话要给客户端说，“我知道你说完了（ACK），我再给你说两句，&*……%￥”。

第三次挥手：此时客户端洗耳恭听继续处于等待结束的状态，服务器端也说完了，自身此时处于等待关闭连接的状态，并对告诉客户端，“我说完了，咱们断了吧（FIN）”。

第四次挥手：客户端收知道服务端也说完了，也要告诉服务端一声（ACK），因为连接和断开要双方都按下关闭操作才能断开，客户端同时又为自己定义一个定时器，因为不知道刚才说的这句话能不能准确到达服务端（网络不稳定或者其他因素引起的网络原因），默认时间定为两个通信的最大时间之和，超出这个时间就默认服务器端已经接收到了自己的确认信息，此时客户端就关闭自身连接，服务器端一旦接收到客户端发来的确定通知就立刻关闭服务器端的连接。

到此为止双方整个通信过程就此终结。

这里要声明一下：断开链接不一定就是客户端，谁都可以先发起断开指令，另外客户端和服务端是没有固定标准的，谁先发起请求谁就是客户端。

问题：

1.为什么断开链接的时候客户端设置的定时器时间等待要2MSL(两个通信报文的最大时间)？

这个问题也很好理解，当客户端最终告诉服务器端断开确认的时候，他不知道自己的发出的指令是否能准确的一次性被服务器接收。

假如服务器没有接收到（这已经耗费了一个报文的最大通信时间了），服务器端将会重新发起一个结束通话的指令（FIN）到客户端，客户端又接收到了服务器发来的结束通信指令将继续给服务器进行一个确认，有人会说那要是客户端发出的确认信息服务端没收到，而服务端重发的断开指令客户端也没收到怎么办，说实话我也无奈，遇到这种情况咱们干脆认为网确实不行了。

心跳机制：

心跳机制的原理很简单：

客户端每隔N秒向服务端发送一个心跳消息，服务端收到心跳消息后，回复同样的心跳消息给客户端。

如果服务端或客户端在M秒（M>N）内都没有收到包括心跳消息在内的任何消息，即心跳超时，

我们就认为目标TCP连接已经断开了。

整理了一个网上的博客说明心跳机制：

https://blog.csdn.net/bjrxyz/article/details/71076442

1：我面试时经常会问的一个问题是当TCP两端A、B建立了连接后，如果一端拔掉网线或者拔掉电源，那么另一端能够收到通知吗？

答案是不会，但是只有少数人能够正确的回答这个问题。

原因

TCP是一种有连接的协议，但是这个连接并不是指有一条实际的电路，而是一种虚拟的电路。TCP的建立连接和断开连接都是通过发送数据实现的，也就是我们常说的三次握手、四次挥手。TCP两端保存了一种数据的状态，就代表这种连接，TCP两端之间的路由设备只是将数据转发到目的地，并不知道这些数据实际代表了什么含义，也并没有在其中保存任何的状态信息，也就是说中间的路由设备没有什么连接的概念，只是将数据转发到目的地，只有数据的发送者和接受者两端真正的知道传输的数据代表着一条连接。

但是这就说明了一点，如果不发送数据那么是无法断开连接的。正常情况下当TCP的一端A调用了SOCKET的close或者进程结束，操作系统就会按照TCP协议发送FIN数据报文。B端收到后就会断开连接。但是当出现了上文所说的异常情况时：被拔掉网线或者断掉电源，总结起来就是没有机会发出断开的FIN数据报文。那么和A直连的路由设备虽然知道A设备已经断开了，但是路由设备并没有保存连接的状态信息，所以路由设备也就不可能去通知B端A端的断开。而B端没有收到断开的数据报文就会依然保持连接。所以A端拔掉网线或者断掉电源后B端是没办法收到断开连接的通知的。

解决方案

保持连接并不是毫无代价的，如果这种异常断开的连接有很多，那么势必会耗费大量的资源，必须要想办法检测出这种异常连接。

检测的方法很简单，只要让B端主动通过这个连接向A端继续发送数据即可。上文说过，A端异常断开后，和A端直接连接的路由器是知道的。当B端发送的数据经过转发后到达这个路由器后，必然最终会返回B端一个目的不可达。此时B端立刻就会知道这条连接其实已经异常断开了。

但是B端不可能知道什么时候会出现这种异常，所以B端必须定时发送数据来检测连接是否异常断开。数据的内容无关紧要，任何数据都能达到这个效果。这个数据就是我们经常在TCP编程中所说的心跳。

KEEP_ALIVE

TCP协议本身就提供了一种这样的机制来探测对端的存活。TCP协议有一个KEEP_LIVE开关，只要打开这个开关就会定时发送一些数据长度为零的探测心跳包，发送的频率和次数都可以设置，具体的方法在网上搜索tcp keepalive即可，网上有很多文章，这里不再赘述。

双向心跳

那么是否只是一端向另一端发送心跳就行了呢？显然不行。因为两端都有可能发生异常断开的情况。所以TCP连接的两端必须都向对端发送心跳。

总结

TCP中不使用心跳通常来说并没有什么问题，但是一旦遇到了连接异常断开，那么就会出现问题。所以任何一个完善的TCP应用都应该使用心跳。

心跳的意义对于很多TCP的初学者而言是个大坑，我写这篇文章希望初学者能够在编写TCP程序时避免这个坑，同时也希望面试者能够深入理解TCP的心跳机制，能够取得更好的面试结果。

这篇关于面试必问的http-1.1：三次握手-四次挥手的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！