TCP三次握手和四次挥手及其状态是什么？

TCP三次握手和四次挥手是传输控制协议（Transmission Control Protocol，简称TCP）中非常重要的概念，它们用于建立和终止一个TCP连接。

TCP三次握手

TCP三次握手（Threeway Handshake）是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包以确认连接的建立，在这个过程里主要有以下三个步骤：

1、SYN：客户端选择一个初始的序列号x，然后发送一个SYN段（synchronize sequence numbers）到服务器，其中包含该序列号。

2、SYNACK：服务器接收到来自客户端的SYN后，会确认客户端的SYN（ACK=x+1），同时也会发送自己的SYN（seq=y）。

3、ACK：客户端收到服务器的SYNACK后，会向服务器发送确认包ACK（ACK=y+1）。

以上三个步骤完成后，客户端和服务器就建立了一个全双工的TCP连接。

TCP四次挥手

TCP四次挥手（Fourway Wavehand）是指断开一个TCP连接时所需要使用的4个包，它的过程如下：

1、FIN：主机A（假设为客户端）完成数据发送后，发送一个FIN段给主机B（假设为服务器），用来关闭从A到B的数据传送。

2、ACK：主机B收到来自A的FIN后，返回一个ACK段给主机A，确认序号为收到序号加1。

3、FIN：主机B完成数据发送后，发送一个FIN段给主机A，用来关闭从B到A的数据传送。

4、ACK：主机A收到来自B的FIN后，返回一个ACK段给主机B，确认序号为收到序号加1。

以上四个步骤完成后，主机A与主机B之间的TCP连接就正式关闭了。

状态转换

在TCP三次握手和四次挥手的过程中，TCP连接的状态会发生变化，以下是TCP连接状态的变化过程：

CLOSED：表示没有连接，处于关闭状态。

LISTEN：表示服务端的某个Socket正在监听这个端口，可以在此处接受新的连接。

SYN_SENT：表示请求连接，并且已经发出了SYN报文。

SYN_RECEIVED：表示收到了SYN报文，并且发出了确认报文。

ESTABLISHED：表示双方已经建立连接并可以进行数据传输。

FIN_WAIT_1：表示主动关闭连接的一方，已经发出过FIN报文，等待对方确认。

CLOSE_WAIT：表示被动关闭连接的一方，已经收到了对方的FIN报文，等待关闭连接。

LAST_ACK：表示被动关闭的一方，已经发出了FIN报文，等待对方的确认。

TIME_WAIT：表示已经完成了数据传输，等待一段时间后彻底关闭连接。

相关问题与解答

Q1: 为什么需要三次握手而不是两次握手？

A1: 三次握手可以防止失效的连接请求报文突然又传送到了服务端，因而产生错误。

Q2: 为什么需要四次挥手而不是三次挥手？

A2: 四次挥手可以确保双方都能够关闭连接，并且处理了最后一方发出的数据包。

Q3: 在四次挥手中如果最后一次ACK丢失了怎么办？

A3: 如果B没收到A发出的最后一个ACK，B会重新发送FIN，A收到重发的FIN后会再次发送ACK，直到B收到为止。

Q4: 为什么TIME_WAIT状态下还需要等待一段时间再关闭连接？

A4: 这主要是为了处理网络中可能存在的延迟的重复分组，避免新的连接受到干扰。