TCP 三次握手
概述
- 定义：
- TCP 三次握手（Three-Way Handshake）是 TCP 协议在建立可靠连接时，客户端和服务器之间通过三次数据包交换确认双方通信能力的机制。
- 目的：
- 确保双方都能发送和接收数据。
- 同步双方的初始序列号（ISN），保证数据可靠传输。
- 避免旧连接的干扰（如延迟包）。
- 协议：
- 基于 TCP 头部标志位：SYN（同步）、ACK（确认）。
核心点
- 三次握手通过 SYN 和 ACK 交互，建立双向可靠连接。
1. 三次握手过程
三次握手涉及客户端和服务器的三个步骤，每个步骤发送一个 TCP 段。
(1) 第一次握手：客户端发送 SYN
- 描述：
- 客户端向服务器发送一个 SYN（同步）包，请求建立连接。
- 细节：
- TCP 头部标志：
SYN=1。 - 初始序列号：
seq = x（客户端的 ISN，随机生成）。 - 状态：
- 客户端：进入 SYN_SENT 状态。
- 服务器：未响应，处于 LISTEN 状态。
- 作用：
- 通知服务器客户端想建立连接，并提供初始序列号。
(2) 第二次握手：服务器响应 SYN+ACK
- 描述：
- 服务器收到 SYN，回复一个 SYN+ACK 包，确认客户端请求并发起自己的连接请求。
- 细节：
- TCP 头部标志：
SYN=1, ACK=1。 - 服务器序列号：
seq = y（服务器的 ISN，随机生成）。 - 确认号：
ack = x + 1（确认客户端的序列号）。 - 状态：
- 服务器：进入 SYN_RECEIVED 状态。
- 作用：
- 确认客户端的 SYN。
- 请求客户端确认服务器的连接能力。
(3) 第三次握手：客户端发送 ACK
- 描述：
- 客户端收到 SYN+ACK，发送 ACK 包，确认服务器的请求。
- 细节：
- TCP 头部标志：
ACK=1。 - 序列号：
seq = x + 1（继续客户端序列）。 - 确认号：
ack = y + 1（确认服务器的序列号）。 - 状态：
- 客户端：进入 ESTABLISHED 状态。
- 服务器：收到 ACK 后进入 ESTABLISHED 状态。
- 作用：
- 确认服务器的 SYN，完成连接建立。
图示
客户端 服务器
| SYN(seq=x) |
|--------------------------->|
| SYN+ACK(seq=y, ack=x+1) |
|<---------------------------|
| ACK(seq=x+1, ack=y+1) |
|--------------------------->|
2. 为什么需要三次握手
- 确保双向通信：
- 第一次：客户端能发送，服务器能接收。
- 第二次：服务器能发送，客户端能接收。
- 第三次：确认双方序列号同步。
- 可靠传输：
- 同步序列号（ISN）防止数据错序。
- 确保初始状态一致。
- 避免旧连接干扰：
- 两次握手可能导致旧 SYN 包建立错误连接。
- 三次握手通过第三次 ACK 验证连接有效性。
- 示例：
- 若只有两次握手，服务器发送 SYN+ACK 后无法确认客户端是否收到，可能浪费资源。
- 三次握手确保双方确认连接。
3. 实现细节
- TCP 头部：
- 包含标志位（SYN、ACK）、序列号（seq）、确认号（ack）。
- SYN 包携带选项（如 MSS、窗口大小）。
- 状态机：
- 客户端：CLOSED → SYN_SENT → ESTABLISHED。
- 服务器：LISTEN → SYN_RECEIVED → ESTABLISHED。
- 超时重传：
- 客户端发送 SYN 后，若未收到 SYN+ACK，触发重传（通常 3-6 次）。
- 源码相关（Linux 内核）：
tcp_v4_connect：客户端发起 SYN。tcp_v4_rcv：服务器处理 SYN 和 ACK。
4. 常见问题
- 为什么不是两次握手？
- 两次无法确认客户端接收能力，可能导致服务器误认为连接建立。
- 旧 SYN 包可能引发错误连接。
- 为什么不是四次握手？
- 三次已足够确认双向通信，四次增加无谓开销。
- 半连接问题：
- 服务器收到 SYN 后进入 SYN_RECEIVED，若客户端不发 ACK，可能占用资源（SYN 洪水攻击）。
- 解决：SYN Cookie、队列限制。
5. 面试角度
- 问“过程”：
- 提三次步骤、标志位、序列号变化。
- 问“目的”：
- 提双向通信、序列号同步、防旧连接。
- 问“问题”：
- 提半连接、SYN 攻击。
- 问“图示”：
- 画流程图，标明 SYN、ACK、状态。
6. 总结
TCP 三次握手通过客户端发送 SYN、服务器回复 SYN+ACK、客户端发送 ACK，建立可靠连接。目的是同步序列号、确认双向通信、避免旧连接干扰。基于 TCP 头部标志和状态机实现，效率和可靠性兼顾。面试可提流程、图示或问题分析，清晰展示理解。