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19.2 说说 TCP 的三次握手？

news 2025/10/14 12:45:50

TCP 的三次握手是 TCP 协议建立一个可靠连接时必须执行的标准化流程。

我的理解是，三次握手就像是打电话，核心目的有两个：第一，确保双方都有收和发的能力；第二，同步通话的“初始话题编号”，以便后续交流不出错。

这个过程由三个步骤组成，涉及到 SYN 和 ACK 两个关键标志位。

我们可以把这个过程想象成客户端（发起方）和服务器（接收方）之间的一次精确“对表”。

第一次握手：客户端 -> 服务器 (SYN)
- 动作：客户端向服务器发送一个 SYN 包（同步序列编号）。这个包里包含一个初始序列号 seq=x。
- 含义：“你好，我想和你建立连接，我的初始序列号是 x，你听得到吗？”
- 状态：发送后，客户端进入 SYN_SENT（已发送同步）状态。
第二次握手：服务器 -> 客户端 (SYN + ACK)
- 动作：服务器收到 SYN 包后，会回复一个 SYN+ACK 包。这个包里包含两个重要信息：
  1. 一个确认号 ack=x+1，表示“我收到了你编号为 x 的包”。
  2. 服务器自己的初始序列号 seq=y。
- 含义：“我听到了！你的 x 号消息我收到了。我也准备好和你连接了，我的初始序列号是 y。”
- 状态：发送后，服务器进入 SYN_RCVD（已接收同步）状态。
第三次握手：客户端 -> 服务器 (ACK)
- 动作：客户端收到服务器的 SYN+ACK 包后，会发送最后一个 ACK 包。这个包里包含一个确认号 ack=y+1，表示“我收到了你编号为 y 的包”。
- 含义：“好的，我知道你准备好了。现在，连接正式建立，我们可以开始传输数据了。”
- 状态：发送后，客户端进入 ESTABLISHED（已建立连接）状态。服务器收到这个 ACK 包后，也进入 ESTABLISHED 状态。

至此，一个可靠的、双向的 TCP 连接就建立完成了。

面试官通常会追问，为什么不是两次或四次？三次握手是保证可靠连接的最小且必要的步骤，它主要解决了两个关键问题：

第一个问题：防止“已失效的历史连接”

场景：想象一下，客户端第一次发送的 SYN 包因为网络拥堵，在网络中“迷路”了。客户端等了很久没收到回复，于是重传了一个新的 SYN 包，并成功建立了连接。数据传输完毕后，连接被关闭。
如果只有两次握手：此时，那个“迷路”的老 SYN 包终于到达了服务器。服务器会误认为这是一个全新的连接请求，于是它会向客户端发送 SYN+ACK 并建立连接，然后傻傻地等待客户端发数据。但客户端其实早就“下线”了，这导致服务器凭空浪费了资源去维持一个无用的连接。
三次握手如何解决：有了第三次握手，当服务器收到那个老 SYN 包并回复 SYN+ACK 后，客户端会发现自己并没有发起过这个连接请求（状态对不上），于是它会发送一个 RST（重置）包，告诉服务器：“你搞错了，关掉这个连接吧。” 这样就避免了服务器资源的浪费。第三次握手，本质上是客户端对本次连接的最终确认。

第二个问题：同步双方的初始序列号 (ISN)

TCP 是一个可靠的协议，它需要保证数据包的有序、不重复、不丢失。这是通过序列号 (Sequence Number) 来实现的。
在连接建立时，双方必须协商并确认彼此的初始序列号。
- 第一次握手：客户端告诉服务器：“我的初始序列号是 x。”
- 第二次握手：服务器告诉客户端：“我收到了你的 x（通过返回 ack=x+1），我的初始序列号是 y。”
- 第三次握手：客户端告诉服务器：“我收到了你的 y（通过返回 ack=y+1）。”
经过这三步，双方都明确知道了对方的起始序列号，后续的数据传输才能基于这个基准进行可靠的确认和重排。

为什么不是两次：如上所述，两次握手无法防止历史连接的建立，也无法完成双方序列号的同步确认。
为什么不是四次：理论上可以四次（服务器先发 ACK，再发 SYN），但没有必要。服务器的 ACK 和 SYN 完全可以在同一个数据包中发送，合并成第二次握手的 SYN+ACK，这样更高效。所以，三次是最优化的必要步骤。

总结：三次握手通过 SYN 和 ACK 的一来一回半，用最小的通信代价，解决了连接的有效性验证和初始序列号同步两大核心问题，为后续可靠的数据传输打下了坚实的基础。