以下分析，均在linux环境下进行抓包；
抓包命令：
tcpdump -i any port 端口 -s 0 -w 文件
，使用root用户进行抓包；
并用wireshark进行包分析。
以下为博主机器下的抓包信息：
1.三次握手
1.1建立握手
三次握手连接的步骤：
-
首先，客户端先对服务端发起SYN包（请求建立连接）（seq = 0），发送完毕之后，客户端将自己状态设置为SYN_SENT状态；
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服务端收到客户端的连接请求，将自己状态设置为SYN_RCVD，并且给客户端发送SYN包（请求建立连接），ACK包（
该包有两层含义：①当前服务端收到了客户端发来的SYN包（计算该包的大小），②下一次客户端给服务端发送数据包的时候，包序为该ack的值）
（seq = 0， ack = 1）；
-
客户端收到服务端发来的SYN + ACK数据包之后，表明建立连接成功了，将自身状态设置为ESTABLISHED状态，并给服务端发送ACK数据包（
该数据包中，①包含客户端下一次发送的包序，②服务端下一次给客户端发送数据时的包序）
（seq = 1， ack = 1），服务端将状态设置为ESTABLISHED。
包序：在客户端和服务端中，各存在着一套包序。建立连接时，SYN（seq = 0），表明当前客户端（服务端）的包序是从0开始的，则后面发送数据包时，其包序应该大于当前的包序（seq = 0），包序也不一定是从0开始的。
ACK数据包不消耗包序，是用来确认发送的数据包是否被接收到，如果在一段时间内发送数据方没有收到ACK数据包，则会对数据进行重发。
为什么客户端还要发送一次ACK确认数据包呢？
主要是为了防止已失效的连接请求数据包（SYN）突然又传到了服务端；
-
正常情况：客户端发起连接请求，但因连接请求数据包（SYN）丢失而没有收到确定数据包（ACK），于是客户端再重传一次连接请求（SYN），后续收到了确认数据包（ACK），建立了连接。数据传输完毕之后就释放了连接，客户端发送了两次连接请求数据包，第一个丢失，第二个抵达了服务端，没有“已失效的连接请求数据包”。
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异常情况：客户端发出的第一个连接请求数据包（SYN）并没有丢失，而是在某些网络结点长时间滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达服务端，这是一个已经失效的数据包（SYN），但服务端收到此失效的连接请求数据包（SYN）后，误认为客户端又发起了一次新的连接，于是向客户端发出了确认数据包（ACK），同意建立连接。如果不采用三次握手，那么服务端发出确认数据包（ACK）后，新的连接就建立了；
-
但是目前客户端并没有发起连接请求（SYN），则不会对服务端的确定数据包（ACK）进行确认，也不会对服务端发送数据。但服务端却以为新的连接已经建立，并一直等待客户端发送数据，服务端的资源就被白白浪费了；
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三次握手，就可解决上面的问题，客户端不会向服务端发送确认数据包（ACK），服务端由于收不到确认，就知道客户端并没有请求建立连接。
1.2 抓包分析
客户端对服务端发起连接。
源端口 目的端口 发送数据包 数据长度
客户端 37828 9999 SYN seq = 0 len = 0
服务端 9999 37828 SYN ACK seq = 0 ack = 1 len = 0
客户端 37828 9999 ACK seq = 1 ack = 1 len = 0
连接请求数据包SYN不发送数据，但消耗一个包序。
2.数据收发
三次握手连接建立后，就可以正常的数据收发。
上图中，客户端先给服务端发送数据（nihaoa），该数据长度为6个字节；自三次握手建立之后，客户端维护的seq序列为1，则服务端给客户端确认应答时，ack = 1 + 6 = 7；
服务端再给客户端发送数据（wohenhao），该数据长度为8个字节；自三次握手建立之后，服务端维护的seq序列为1，则客户端给服务端确认应答时，ack = 1 + 8 = 9；
源端口 目的端口 发送数据包 数据长度
客户端 37828 9999 PSH ACK seq = 1 ack = 1 len = 6
服务端 9999 37828 ACK seq = 1 ack = 7 len = 0
服务端 9999 37828 PSH ACK seq = 1 ack = 7 len = 8
客户端 37828 9999 ACK seq = 7 ack = 9 len = 0
3.四次挥手
FIN数据包不发送数据，但消耗一个包序。
四次挥手步骤：
-
客户端先发起断开连接，客户端状态变为
FIN_WAIT_1
，序列号为前面数据收发之后的序列号； -
服务端收到连接释放请求，将状态设置为
CLOSE_WAIT
，并对释放请求进行应答，
ACK（seq = 9， ack = 8）
；此时TCP连接处于
半关闭状态
，即
客户端已经没有要发送的数据了，但若是服务端要发送数据，客户端仍需要接收，服务端到客户端这个方向的连接并未关闭
，可能会持续一段时间。 -
客户端收到服务端的
ACK
应答后，就进入
FIN_WAIT_2
状态，等待服务端发出的连接释放请求； -
若服务端没有向客户端发送的数据了，则服务端发送FIN数据包，并将状态设置为
LAST_ACK
，等待客户端的确定，然后断开连接； -
客户端收到服务端的释放请求后，必须对该请求进行应答，发送ACK数据包，并且进入到
TIME_WAIT
状态。在
TIME_WAIT
状态下，TCP连接还没有释放掉，必须经过时间等待计时器（
TIME-WAIT timer
）设置的时间
2MSL
后，客户端才进入到
CLOSED
状态； -
MSL：最长报文段寿命，RFC793建议设置为2分钟，TCP允许根据实际情况设置更小的MSL值，因此从客户端进入到
TIME_WAIT
状态之后，要经过4分钟才能进入到
CLOSED
状态，才能开始建立下一个新的连接。
为什么客户端在TIME_WAIT必须等待2MSL的时间？
-
为了保证客户端最后一次发送的
ACK
数据包能够到达服务端，这个
ACK
数据包很可能会丢失，则服务端（
LAST_ACK
状态）接收不到对方的
ACK
应答，服务端就会超时重传这个
FIN
数据包，而客户端在2MSL时间内能收到这个FIN数据包，接着客户端重传一个ACK应答，重新启动
2MSL
计时器，最后客户端和服务端都会进入到
CLOSED
状态。如果不这样，服务端就无法按照正常步骤进入
CLOSED
状态；
-
防止“已失效的连接请求数据包”出现在本连接中，客户端在发送完最后一个
ACK
应答后，再经过
2MSL
时间，就可以使本连接持续时间内产生的所有数据包都消失，这样就可以使下一个新的连接种不会出现这种旧的连接请求数据包。
2MSL = 丢失ACK的MSL + 重传的FIN报文的MSL。
客户端先断开连接，但是客户端要等待2MSL时间，所以一般情况下，都是客户端先断开连接，服务端作为被断开方，可节约服务端的资源。
3.1 TIME_WAIT状态导致服务端无法快速启动的问题
TIME_WAIT
状态只有主动断开连接方才会拥有：
-
当进程正常调用close之后，进程很快的就结束掉了，但之前进程所占的端口并没有被释放；
-
原因在于主动断开链接方的状态是
TIME_WAIT
状态到CLOSED状态需要等待2MSL的时间。
ACK + 重传的FIN的MSL。
既然要收到重传MSL的FIN报文，那么刚刚监听/使用的端口一定不能被释放，如果释放了，从网卡中接收数据，经过网络协议栈层层分用之后，到达TCP之后，TCP就无法处理这个数据包，因为不知道这个数据之前是哪一个链接的。
主动断开连接方在TIME_WAIT到CLOSED这个状态之间，之前监听/使用的端口并没有释放。
设置端口复用：
int opt = 1;
setsockopt(listen, SOL_SOCKET, SO_REUSERADDR, &opt, sizeof(opt));
| 参数 | 解释 |
|---|---|
| listen | 侦听套接字 |
| SOL_SOCKET | 套接字选项 |
| SO_REUSERADDR | 重用端口 |
| opt | 设置为1，则开启端口重用 |
3.2 抓包分析
这是博主机器上抓的，只有三次挥手。
分析为什么只有三次挥手：
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ACK作为TCP协议的头部，则无论是否有数据发送，ACK都是存在的；
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客户端先发送一个FIN ACK数据包，代表此时客户端没有数据要发送了，需要断开连接了；
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服务端此时，也没有数据需要发送，则不单独发送一个ACK应答，服务端也直接进行断开连接请求（FIN） + ACK ，这里的ACK也就直接应答了客户端的FIN请求；
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客户端对服务端的断开连接请求进行应答（ACK）。
源端口 目的端口 发送数据包 数据长度
客户端 37828 9999 FIN ACK seq = 7 ack = 9 len = 0
服务端 9999 37828 FIN ACK seq = 9 ack = 8 len = 0
客户端 37828 9999 ACK seq = 8 ack = 10 len = 0