TCP 之三次握手 (面经计网篇)

本文主要是介绍TCP 之三次握手 (面经计网篇)，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！

这是tcp 简历连接的三次握手方式 , 其中的特殊符号 , 我解释下 , SYN 是同步的这个单词(synchronization), ACK 是回执,承认的单词(acknowledgement), SYN-ACK 服务器收到SYN报文后，回复一个带有SYN和ACK标志的报文段，这表示服务器已经收到了客户端的SYN报文，并且期望收到下一个字节的序列号为服务器传递的确认号。拓展1,2,3 （介绍三个报文）

为什么是三次握手？不是两次、四次？

在前面我们知道了什么是 TCP 连接：

用于保证可靠性和流量控制维护的某些状态信息，这些信息的组合，包括 Socket、序列号和窗口大小称为连接。

所以，重要的是为什么三次握手才可以初始化 Socket、序列号和窗口大小并建立 TCP 连接。

接下来，以三个方面分析三次握手的原因：

三次握手才可以阻止重复历史连接的初始化（主要原因）
三次握手才可以同步双方的初始序列号
三次握手才可以避免资源浪费（面经是这样的，但我个人感觉， 1 和 3 是可以合并的，具体讲到了，再说）、

原因一：避免历史连接

我们来看看 RFC 793 指出的 TCP 连接使用三次握手的首要原因：

The principle reason for the three-way handshake is to prevent old duplicate connection initiations from causing confusion.

简单来说，三次握手的首要原因是为了防止旧的重复连接初始化造成混乱。

我们考虑一个场景，客户端先发送了 SYN（seq = 90）报文，然后客户端宕机了，而且这个 SYN 报文还被网络阻塞了，服务端并没有收到，接着客户端重启后，又重新向服务端建立连接，发送了 SYN（seq = 100）报文（注意！不是重传 SYN，重传的 SYN 的序列号是一样的）。（这里，我需要自习讲解一下 只有客户端爆掉了,或者客户端出现特殊情况了,序列号才会传递一个新的。不然都是重传序列号 ）

上述中的「旧 SYN 报文」称为历史连接，TCP 使用三次握手建立连接的最主要原因就是防止「历史连接」初始化了连接。

这里也说明了，为什么不是两次握手：

如果是两次握手连接，就无法阻止历史连接，那为什么 TCP 两次握手为什么无法阻止历史连接呢？

我先直接说结论，主要是因为在两次握手的情况下，服务端没有中间状态给客户端来阻止历史连接，导致服务端可能建立一个历史连接，造成资源浪费。

可以看到，如果采用两次握手建立 TCP 连接的场景下，服务端在向客户端发送数据前，并没有阻止掉历史连接，导致服务端建立了一个历史连接，又白白发送了数据，妥妥地浪费了服务端的资源。

因此，要解决这种现象，最好就是在服务端发送数据前，也就是建立连接之前，要阻止掉历史连接，这样就不会造成资源浪费，而要实现这个功能，就需要三次握手。

所以，TCP 使用三次握手建立连接的最主要原因是防止「历史连接」初始化了连接。

原因二：同步双方初始序列号

TCP 协议的通信双方，都必须维护一个「序列号」，序列号是可靠传输的一个关键因素，它的作用：

接收方可以去除重复的数据；
接收方可以根据数据包的序列号按序接收；
可以标识发送出去的数据包中，哪些是已经被对方收到的（通过 ACK 报文中的序列号知道）；

这里回答了，为什么不是四次握手：

三次，四次握手都是为了维持序列号的统一，但看了下图，你就明白了，三次可以完成，为什么要四次来完成呢？

原因三：避免资源浪费：

这就是，我在前面说的可以和第一点合并，为什么呢？因为如果，没有防止到历史连接，自然就会有很多的序列号存在，所以，减少了历史链接，自然就避免了资源浪费（这个“避免资源的浪费，基本上可以说是万金油答案”）而且还有我自己的一些理解 ,就是通过从四次握手,减少到三次握手,会不会也减少了浪费资源

若在,握手的过程中,丢失的话,会有什么影响吗?

第一次握手丢失了，会发生什么？

当客户端想和服务端想建立连接时，首先，第一次先发送SYN 报文，进入SYN-SENT 状态

在这之后，如果客户端迟迟收不到服务端的 SYN-ACK 报文(第二次握手)就会触发「超时重传」机制，重传 SYN 报文，而且重传的 SYN 报文的序列号都是一样的。

通常，第一次超时重传是在1秒后，第二次超时重传是在2秒，第三次超时重传是在4秒后，第四次超时重传是在 8秒后，第五次是在超时重传 16 秒后。没错，每次超时的时间是上一次的 2倍。

第二次握手丢失了，会发生什么？

当服务端收到客户端的第一次握手后，就会回 SYN-ACK 报文给客户端，这个就是第二次握手，此时服务端会进入 SYN RCVD 状态。
第二次握手的 SY-ACK 报文其实有两个目的：

第二次握手里的 ACK，是对第一次握手的确认报文;
第二次握手里的 SYN，是服务端发起建立 TCP 连接的报文，

所以，如果第二次握手丢了，就会发生比较有意思的事情，具体会怎么样呢?

因为第二次握手报文里是包含对客户端的第一次握手的 ACK 确认报文，所以，如果客户端迟迟没有收到第二次握手，那么客户端就觉得可能自己的 SYN 报文(第一次握手)丢失了，于是客户端就会触发超时重传机制，重传 SYN 报文。

然后，因为第二次握手中包含服务端的 SYN 报文，所以当客户端收到后，需要给服务端发送 ACK 确认报文(第三次握手)，服务端才会认为该 SYN 报文被客户端收到了。那么，如果第二次握手丢失了，服务端就收不到第三次握手，于是服务端这边会触发超时重传机制，重传SYN-ACK 报文。

因此，当第二次握手丢失了，客户端和服务端都会重传:

客户端会重传 SYN 报文，也就是第一次握手，最大重传次数由 tcp_syn_retries 内核参数决定
服务端会重传 SYN-ACK 报文，也就是第二次握手，最大重传次数出 tcp_synack_retries 内核参数决定。

第三次握手丢失了，会发生什么？

        客户端收到服务端的 SYN-ACK 报文后，就会给服务端回一个 ACK 报文，也就是第三次握手，此时客户端状态进入到 ESTABLISH 状态
        因为这个第三次握手的 ACK 是对第二次握手的 SYN 的确认报文，所以当第三次握手丢失了，如果服务端那一方迟迟收不到这个确认报文，就会触发超时重传机制，重传SYN-ACK 报文，直到收到第三次握手或者达到最大重传次数。
        注意，ACK 报文是不会有重传的，当 ACK丢失了，就由对方重传对应的报文
举个例子，假设 tcp_synack_retries 参数值为 2，那么当第三次握手一直丢失时，发生的过程如下图: