关于TCP三次握手

一、什么是TCP

TCP(传输控制协议)，位于传输层，为应用层提供可靠的、面向连接的字节流服务。

每个TCP连接由四元组唯一确定：(源IP， 源端口， 目的IP， 目的端口)

关键特性：

        可靠：数据无差错、不丢失、不重复，并且按序到达

                通过停止等待协议等机制实现

        面向连接：当连接建立后才发送数据

        全双工通信：建立连接后双方可同时收发数据

二、TCP首部关键字段

1.SYN(同步序列号)：用于建立连接时同步序列号。当SYN=1时，表示这是一个连接请求或连接接受报文。

2.ACK(确认)：表示确认号是否有效。当ACK=1时，确认号字段有效。

3.序列号：32位无符号数，标识发送的数据字节流，确保数据能按序到达。在建立连接时，双方会交换初始序列号(ISN)。

4.确认号：32位无符号数，表示期望收到的下一个字节的序号，实际上是对收到的所有数据的确认。

三、TCP三次握手流程

第一次握手(SYN)：

        客户端发送一个请求报文，SYN=1，选择一个初始序列号seq=x

第二次握手(SYN+ACK)：

        服务器收到SYN报文后，如果同意建立连接，则发送一个应答报文

        SYN=1，ACK=1，确认号ack=x+1，并随机选择一个初始序列号seq=y

第三次握手(ACK)：

客户端收到服务器的SYN+ACK报文后，向服务器发送确认报文

ACK=1，确认号ack=y+1，序列号seq=x+1

四、第三次握手的必要性

主要原因: 避免重复连接

场景: 客户端发送SYN请求，等待超时，然后再次发送SYN请求

若第二次请求先于第一次请求到达服务端:

        如果采用二次握手: 服务端收到两个请求，就会建立两个TCP连接

        如果采用三次握手: 客户端知道第一个请求是无效的，不会回复ACK，只会建立一个TCP连接

五、关于TCP三次握手的一些疑问

1.TCP由四元组唯一标识， 为什么会建立重复连接?

客户端发起连接请求时， 需要显示指定服务端的端口(如HTTP-80)

客户端的端口一般由操作系统临时分配(通常32768~60999)，所以请求四元组可能不同

如果没有第三次握手机制，不同的请求都会被建立

2.初始序列号ISN是怎么生成的?

早期系统使用简单的时钟计数器(如每秒递增1)

现代采用基于时钟、哈希、加密种子等随机算法

3.确认号为什么每次加1?

确认号表示"已成功收到了所有数据，期待下次从该序号开始发送"

ACK = 对方发送的序列号seq + 数据长度len (累积确认)

当发送纯SYN数据包时， 数据长度部分为0，但SYN标志位占有1个虚拟序号，所以ACK=seq+1

4.服务端为什么被动打开?

服务端程序启动时会调用 listen() 系统调用，将socket置于"监听状态"

被动打开: 指的是服务端预先准备好接受连接请求，但并不主动发起连接