三次握手-升级详解-注意问题

TCP建立连接的过程就是三次握手（Three-way Handshake），在建立连接的过程实际上就是客户端和服务端之间总共发送三个数据包。进行三次握手主要是就是为了确认双方都能接收到数据包和发送数据包，而客户端和服务端都会指定自己的初始化序列号，就是为了后面数据传输的可靠性做好准备。实质上也就是客户端在连接服务器端的时候指定端口，建立TCP连接，并同步连接双方的序列号（seq）和确认号（ack），交换TCP的窗口大小信息。

一、三次握手的流程图

二、 三次握手过程详解

最开始建立连接的时候，客户端最开始是处于closed关闭状态，服务器是要处于listen监听状态。

当开始连接的时候，客户端会主动打开，打开端口。然后进行三次握手。

发送第一个SYN的一端将执行主动打开（active open），接收这个SYN并发发回下一个SYN的另一端执行被动打开（passive open）。在socket编程中，客户端执行connect（）时，将触发三次握手。

第一次握手：客户端给服务端发一个 SYN 标志位的数据包（TCP中有6个标志位，SYN标志位在倒数第15位，二进制位为1，发送第一个SYN包之后，SYN=1）请求建立连接，并指明客户端的初始化序列号 seq（初始序列号是随机产生的，是为了网络安全）。此时客户端处于SYN_SENT 状态。首部的同步位SYN=1，初始序号seq=x，SYN=1的报文段不能携带数据，但要消耗掉一个序号。

第二次握手：服务端收到客户端的SYN标志位数据包之后，也会给客户端发送一个SYN标准位数据包（SYN是为了告诉客户端，客户端到服务端的通道是没问题的）作为应答，表示同意建立连接。还指明了自己的初始化序列号seq。并且会把客户端的seq+1（x+1）作为ACK的值，（ACK是用来验证服务端到客户端的通道没有问题），表明自己已经接收到了客户端的SYN，此时的服务器处于SYN_RCVD的状态。

在确认标志位数据包的ACK=1，确认号ack=x+1（需要回复的数据包ack会在发送过来的序列号上加1），服务器端的初始序号seq=y。

第三次握手：客户端收到SYN标志位数据包之后，会发送一个ACK标志位数据包，也会把服务端的初始序列号seq+1（y+1）作为自己的确认号ACK的值，表示收到了服务端的SYN标志位数据包。此时，客户端处于ESTABLISHED状态（完成连接）。

在确认标志位数据包的ACK=1，确认号ack=y+1，客户端的序列号seq=x+1（初始为seq=x，第二个报文段所以要+1）。ACK可以携带数据，不携带数据则不消耗序号。

最后: 服务器收到确认标志位数据包，服务器状态由syn_received变为ESTABLISHED(完成连接)。这样双方就建立起了连接。

最后一个发送数据包的时候，服务器端不需要回复数据包，所以ack就不会占用序列号。

一般来说，ACK会携带序列号，但是一般不占用序列号，下一个包还可以从ACK序列号开始。

二、 三次握手中的常见问题

1、三次握手为什么是三次而不是两次?

为了保证数据能达到目标，TCP采用三次握手策略。三次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作（双方都知道彼此已经准备好），也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。最主要的目的就是双方都需要确认自己与对方的发送与接收都是正常的。

第一次握手:客户端：发送数据包，服务端收到了。服务端就能得知：客户端的发送能力、服务端的接收能力都是正常的。

第二次握手：服务端发送数据包，客户端收到了。客户端就能得出:服务端的接收、发送能力，客户端的接收、发送能力都是正常的。

第三次握手：客户端发送数据包，服务端接收到了。服务端就能得出：客户端的接收、发送能力正常，服务器自己的发送、接收能力也是正常的。

因此，需要三次握手才能确认双方的接收和发送能力是否正常。

现在假设将三次握手改为仅需要两次握手的话，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经是成功建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S是否已经准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成，将会忽略S发来的任何数据分组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

2、如果已经建立了连接，但是客户端突然故障了怎么办？

TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现了故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每次收到一次客户端的请求之后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2个小时，如果2小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。如果一连发送10个探测报文仍然没有反应，服务器就认为客户端出现了故障，接着就会关闭连接。

3、为什么三次握手，返回时，ack值是seq加1（ack=x+1）？

假设对方接收到数据，比如sequence number = 1000，TCP Payload = 1000，数据第一个字节编号为1000，最后一个为1999，回应一个确认报文，确认号为2000，意味着2000前的字节接收完成，准备接收编号为2000及更多的数据。

确认收到的序列，并且告诉发送端下一次发送的序列号从哪里开始（便于接收方数据排序，便于选择重传）

4、三次握手过程中可以携带数据吗？

其实第三次握手的时候，是可以携带数据的。但是。第一次、第二次握手不可以携带数据。因为如果第一次握手可以携带数据的话，如果有人要恶意攻击服务器，那他每次都在第一次握手中的SYN报文中放入大量的数据。因为攻击者根本就不理服务器的接收、发送能力是否正常，然后就疯狂重复的发送着SYN报文的话，这会让服务器花费很多时间、内存空间来接收这些报文。也就是，第一次握手不可以放数据，其中的一个原因就是会让服务器更加容易受到攻击了。而对于第三次的话，此时客户端已经处于ESTABLISHED状态，对于客户端来说，他已经建立起连接了，并且也知道服务器的接收、发送能力是正常的了，所以携带数据是可以的。