Tcp三次握手与四次挥手透析

Posted 2023-02-24 看书的小蜗牛

TCP传输控制协议（Transmission Control Protocol，縮寫：TCP）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。----维基百科

TCP 三次握手的目的是为了建立**安全可靠的全双工【双发都可收发】**通信通道 。三次握手确定双发链路通畅，并商定初始数据通信序列号，确保数据完整及重传机制可行。

TCP为什么需要三次握手 一次两次不行吗 ？

只有通过对方对A Message的反馈，才能知道A—Message是否被收到【参考发短信】，无法通过A-Message前面的信息确认，通信双方彼此确认信息，达成共识的最小交互路径就是三次。

TCP协议中任何消耗了序列号的报文都需要ACK确认其发送成功，否则，就要重传。

一次握手不可以：一次压根不算握手，等于零次

只通过一次握手客户端压根不知道服务端是否开启，就好比你对隔壁房子的人喊话：我明天去你家，如果不考虑回应，你压根不知道邻居是否同意，这种情况下，握手对自己而言等于没有，无法确定链路是否通畅。

两次握手不可以：虽然能客户端确定服务端的收发能力，但服务端无法确定客户端的收发能力【比如对方防火墙限制不能接受海外的数据】

每一端在正式Established状态的时候，都要确信对方能收到自己的信息，不然在这个点，这个通信链路就不算可靠建立。两次握手Established的时候，服务端无法确认这个点客户端的收发能力是否正常【无法确定客户端是否可以收到第二次握手信息】，如果强制确立，出现异常后，会导致Server端建立虚假链接，浪费Server资源。个人感觉可能有两种情况：

上面这种发生的场景如下：

* 客户端发送SYN
* 服务端收到SYN，并回复客户端，同时确定建立链接
* 服务端回复的数据丢失
* 客户端重发SYN，并丢失
* 客户端重发SYN，并丢失
* 客户端放弃链接，并且可能服务端收不到任何响应
* 服务端白白等待

这种情况下，服务端就白白的浪费了一个链接资源，因为：在未确认信息被收到的情况，服务端就私自建立了链接，这种情况下，客户端是可能放弃建立链接的，不过两次握手，对于客户端单项发送数据是没有问题的。

还有一种场景是SYN信息之后到达，如下：

* 客户端发送SYN
* SYN超时，客户端重发
* 服务端收到SYN，并回复客户端，同时确定建立链接
* 客户端收到响应，确定建立链接
* 客户端与服务端传输数据
* SYN延迟到达服务端
* 服务端收到SYN，并回复，同时确定建立链接
* 客户端已经关闭了链接通道，不会有任何响应
* 服务端白白等待

上面两种场景不可靠的最终原因都是：服务端没有收到反馈的情况下，私自建立链接，想要避免这种情况，必须要等待第二次信息被客户单确认，这就是增加第三次握手的必要性。

三次握手可以

三次握手：三次握手保证了双方都能收到对方对于自己发送信息的反馈。对于第一种错误场景的纠正：

客户端在没有收到第二次握手，而放弃链接服务端的场景下，服务端是不可能收到客户端的ACK的，这时，服务端是不会成功建立链接的。对于第二种场景。

在延迟SYN到达服务端后，服务端需要等待Client端的ACK，才会确认链接建立，已经关闭链接的前提下，应该是没有有效ACK返回的，服务端会重发几次后，关闭半开放链接。对于链接存活状态的下的延时SYN，理论上都能通过丢弃来解决，不考虑这种场景。

从客户端角度来说，发送SYN后，一直没收到ACK 就会重发，从服务端的角度来说，发送SYN-ACK后，没有收到ACK就会重发，两者理论上也能同时发生，服务端在重发SYN-ACK的时候，客户端可能也在重发SYN，不过客户端不会重发ACK，一旦客户单收到SYN-ACK就认为链接已经建立。可以发送数据，如果服务端在没收到ACK的情况下先收到了DATA（还没触发重发逻辑），会怎么样？也就是说ACK丢失会如何，个人理解，服务端也可以看做链接建立，TCP协议框架下本身是支持第三次握手携带用户数据的，只不过可能有些系统需要配置才能启用而已。参考

握手时候确认的序列号保证了第一份数据的准确定，同时也保证了后续数据不乱序。

TCP不同名词概念

• 同步报文段：携带SYN标志的报文段，用来同初始序列ISN
• 确认报文段：携带ACK标志的报文段，在连接建立后所有传送的报文段都会把ACK设置为1【其实只有发起SYN的时候没设置】
• 复位报文段：携带RST标志的报文段，一般发生异常的时候启用
• 结束报文段：携带FIN的报文段，表示发送方的数据发送完毕，要求释放TCP连接
• Sequence Number是包的序号，用来解决网络包乱序问题。
• Acknowledgement Number就是ACK——用于确认收到，用来解决丢包的问题。ACK报文可以携带数据。如果不携带数据，则不消耗序号，下一数据报文段的序号仍是seq=x+1。

握手中各种异常的处理

• 如果第一个SYN丢了

  客户端重新发SYN，服务端无感知

• 如果第二SYN-ACK丢了

  客户端SYN重传，服务端SYN-ACK重传

• 如果第三个ACK丢了

  服务端不一定重传SYN-ACK，客户端不一定需要重传ACK【数据先达】

第三次的ACK在网络中丢失，Server端根据 TCP的超时重传机制，会等待3秒、6秒、12秒后重新发送SYN+ACK包，次数可以通过设置/proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries修改，默认值为5.如果重发指定次数之后，仍然未收到 client 的ACK应答，那么一段时间后，Server自动关闭这个连接。

客户端connect()在 TCP的三次握手的第二次握手完成后就返回成功。也就是说 client 在接收到 SYN+ACK包，它的TCP连接状态就为 established （已连接），表示该连接已经建立。在第三次握手中的ACK包丢失的情况下，Client 向 server端发送数据，Server端将以 RST包响应，方能感知到Server的错误。

关闭为什么四次挥手

四次挥手比三次握手【三步握手】多了一次，原因是：全双工数据传输正在进行，且同时确保数据传输完毕。三次握手的时候，没有数据传输，所以Server返回的ACK与第二个SYN可以合并到一个，但是挥手的时候，其实是存在数据传的，无法同时传输完毕【或者某个确定时间】，双发传输完毕的时机都是随机的，所以完毕通知的也会不同步的，只能分开通知等ACK，无法像三次握手一样合并，所以才多了一次,客户端或服务器均可主动发起挥手动作，任何一方Socket执行 close() 操作即可产生挥手动作。