八股文-TCP的三次握手

TCP协议是一种面向连接、可靠传输的协议，而建立连接的过程就是著名的三次握手。这个过程保证了通信的双方能够同步信息，确保后续的数据传输是可靠和有序的。本文将深入解析TCP三次握手的步骤及其意义。

tcp.jpg

漫画TCP的三次握手

TCP连接的建立采用了三次握手的机制，确保通信双方都能够正常收发数据。我们通过漫画的形式示例下：

第一次握手（SYN）

连接的发起方是客户端，它向服务器发起连接请求。这个过程称为“第一次握手”；

1. 客户端发送SYN（同步序列号）标志的数据包给服务器。

客户端希望建立连接，于是发送一个包含SYN标志的数据包。这个包中还包含一个随机生成的序列号（ISN，Initial Sequence Number），用于后续数据的顺序传输。

2. 客户端进入SYN-SENT状态。

客户端发送完SYN后，进入SYN-SENT状态，等待服务器的响应。

第二次握手（SYN + ACK）

服务器收到客户端的SYN后，决定是否接受连接请求。如果服务器愿意接受，就会回应一个包含SYN/ACK标志的数据包；

1. 服务器发送SYN/ACK标志的数据包给客户端。

服务器接收到客户端的SYN后，向客户端发送一个包含SYN/ACK标志的数据包，表示已收到连接请求，并同样包含一个随机生成的序列号。

2. 服务器进入SYN-RECEIVED状态。

服务器发送完SYN/ACK后，进入SYN-RECEIVED状态，等待客户端的最后确认。

第三次握手（ACK）

客户端收到服务器的SYN/ACK后，决定是否接受连接。如果接受，客户端会发送一个带有ACK标志的数据包；

1. 客户端发送ACK标志的数据包给服务器。

客户端收到服务器的SYN/ACK后，向服务器发送一个带有ACK标志的数据包，表示连接建立成功。

2. 客户端进入ESTABLISHED状态。

客户端发送完ACK后，进入ESTABLISHED状态，连接建立成功。此时，服务器也接收到了客户端的确认，进入ESTABLISHED状态。

至此，三次握手完成，连接建立成功，双方可以进行正常的数据传输了。

详细图示如下：

tcp.png

为什么是三次握手？

• 确保双方都具备通信能力

第一次握手: 服务端可以确认客户端的发送能力，自己的接收能力是正常的；

第二次握手: 客户端确认服务端的发送能力，自己的接收能力是正常的；服务端可以确认自己的发送能力是正常的；

第三次握手: 服务端确认客户端的接收能力是正常的；

• 防止失效的连接请求被误认为是新连接

如果只有两次握手，会出现以下问题：

1. 客户端发送连接请求（SYN）。
2. 服务器收到请求后，发送确认（ACK）。
3. 客户端在接收到确认前就突然宕机或丢失数据包。

此时，服务器无法知道是因为连接成功而没有收到客户端的确认，还是客户端的连接请求根本没有到达。如果客户端重新启动并发送一个新的连接请求，而这个新请求的序列号与旧请求一致，服务器可能会误认为是同一个连接请求，导致连接的混乱。

总结

通过三次握手，TCP协议在连接建立阶段建立了双方的信任，确保了后续数据传输的可靠性和有序性。这个过程是TCP协议中非常重要的一部分，也是网络通信中的基石之一。