面试技巧：如何清晰解释TCP的三次握手与四次挥手

在技术面试中，被问及TCP连接的建立与断开过程是很常见的。对于这个问题，不仅要能够准确描述三次握手和四次挥手的过程，还需要对其背后的原理有深刻的理解。

首先，了解TCP协议的基本结构是非常必要的。TCP头部包含了多个字段，其中六个控制位尤为重要：URG（紧急）、ACK（确认）、PSH（推送）、RST（复位）、SYN（同步）和FIN（终止）。这些位用于控制数据包的行为，确保数据的可靠传输。

三次握手过程：

• 客户端发送带有SYN位的TCP报文至服务器，请求建立连接，同时随机生成一个序列号seq。
• 服务器接收到请求后，回复一个带有SYN和ACK位的TCP报文，确认收到客户端的请求，并将客户端的序列号加1作为自己的确认号ack，同时生成自己的序列号seq。
• 客户端接收到服务器的响应后，发送一个带有ACK位的TCP报文，确认服务器的序列号，至此，连接建立完成。

为什么不是两次握手？

三次握手的设计主要是为了避免因网络延迟导致的旧请求报文重复到达而引发的错误。例如，如果采用两次握手，一个旧的连接请求可能在新请求之后到达服务器，导致不必要的连接建立。通过三次握手，可以确保每个连接请求都是最新的，有效避免了这种问题。

客户端故障处理：

TCP协议设计了保活机制来处理这种情况。服务器会在每次接收到客户端的数据后重置保活计时器，通常设置为2小时。如果在设定的时间内未收到客户端的任何数据，服务器将开始发送探测报文，每隔75秒一次，连续发送10次。如果仍无响应，服务器将认为客户端发生故障并关闭连接。

断开连接的2MSL等待：

断开连接时，一方发送FIN报文请求断开，另一方回应ACK确认，随后发送自己的FIN报文，请求方再回应ACK确认，完成四次挥手。发送最后一个ACK的一方会进入TIME_WAIT状态，持续时间为2倍的MSL（最大报文生存时间）。这是为了确保最后一个ACK能够被对方接收到，如果ACK丢失，对方会重发FIN，请求方可以重新发送ACK，保证连接的完全断开。