TCP的“三握手四挥手”你真的了解吗？

2024-08-26

大家好，今天给各位分享TCP的“三握手四挥手”你真的了解吗？的一些知识，其中也会对进行解释，文章篇幅可能偏长，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在就马上开始吧！

什么是“3次握手，4次挥手”TCP服务模型？为什么TCP头状态转换需要“3次握手，4次挥手”和“3次握手，4次挥手”？如何完成“三次握手、四次挥手”？三次握手，四次挥手。为什么建立连接是三向握手，关闭连接却是四向挥手？ “三次握手，四次挥手” 高级ISN 序列号环绕Syn Flood 攻击无效连接监控和释放延迟TCB 分配方法使用SYN Proxy 防火墙连接队列半连接队列已满全连接队列已满命令摘要“三次握手，四次” Wave”redis实例分析参考。记得毕业后找工作面试时，经常有人问我：你知道“3次握手，4次挥手”吗？这时，我会“信心十足”地“背诵”我事先准备好的“答案”，第一次、第二次……答案之后就没有了，面试官似乎也没有要走的意思。更深。虽然我也不太明白，但是大家都很开心！

作为一名程序员，必须要有“刨根问底”的精神。你知道它是什么，你还需要知道为什么会这样。本文希望能够揭开茧的面纱，还原其背后的原理。

什么是“3次握手，4次挥手”

TCP 是面向连接的单播协议。在发送数据之前，通信双方必须建立彼此之间的连接。所谓“连接”，其实就是客户端和服务器端内存中保存的一条关于彼此的信息，比如IP地址、端口号等。

TCP 可以被视为处理IP 层或以下层的数据包丢失、重复和错误的字节流。在连接建立过程中，双方需要交换一些连接参数。这些参数可以放置在TCP 标头中。

TCP提供可靠的、面向连接的、字节流、传输层服务，使用三向握手来建立连接。使用4 次挥手来关闭连接。

TCP服务模型

了解了建立和关闭连接的“三次握手、四次挥手”之后，我们再来看看TCP相关的东西。

TCP 连接由一个4 元组组成，即两个IP 地址和两个端口号。一个TCP连接通常分为三个阶段：启动、数据传输、退出（关闭）。

当TCP接收到另一端的数据时，它会发送一个确认，但这个确认不会立即发送，通常会延迟一段时间。 ACK 是累积的。确认字节数N的ACK表示已成功接收到N（不包括N）的所有字节。这样做的好处是，如果一个ACK 丢失，很可能后续的ACK 就足以确认前一个报文段。

完整的TCP连接是双向的、对称的，数据可以在两个方向上平等地流动。向上层应用程序提供双工服务。连接建立后，连接一个方向上的每个TCP 段都包含相反方向段的ACK。

序列号的目的是使TCP接收端能够丢弃重复的报文段并记录以混乱顺序到达的报文段。由于TCP使用IP来传输报文段，因此IP不提供重复数据删除或确保正确顺序的功能。另一方面，TCP是字节流协议，永远不会以混乱的顺序向上层程序发送数据。因此，TCP接收端将被迫保留大序号的数据不被移交给应用程序，直到填补了丢失的小序号段。

TCP头

源端口和目的端口决定了TCP层双方的进程。序列号表示消息段数据中的第一个字节号。 ACK代表确认号。确认号的发送方期望接收下一个序列号，即最后成功接收到的数据字节的序列号加1。该字段仅在ACK位使能时有效。

当一个新的连接建立时，从客户端发送到服务器的第一个报文段的SYN位被使能。这称为SYN 段。此时，序列号字段包含了本次连接的该方向所要使用的信息。第一个序列号，即初始序列号ISN，之后发送的数据是ISN加1，所以SYN位域会消耗一个序列号，也就是说重传是为了可靠传输。不消耗序列号的ACK 则不是。

头长度（图中数据偏移量）以32位字为单位，即以4字节为单位，只有4位，最大为15，所以头的最大长度为60字节，最小为5、即最小标头大小为20字节（变量选项为空）。

ACK —— 确认，使确认号有效。

RST —— 重置连接（通常由对等方重置）是此字段的作用。

SYN —— 用于初始化连接的序列号。

FIN —— 该报文段的发送方已完成向对方发送数据。

当建立或终止连接时，交换的段仅包含TCP 标头，不包含数据。

状态转换

三向握手和四向挥手之间的状态转换如下所示。

为什么要“三次握手，四次挥手”

三向握手

我们从通俗易懂的角度来看看为什么需要三向握手。

客户端和服务器在通信之前必须先建立连接。 “3次握手”的作用是双方都可以知道自己和对方的接收和发送能力是否正常。

第一次握手：客户端发送网络数据包，服务器接收。这样，服务器就可以断定客户端的发送能力和服务器的接收能力都是正常的。

第二次握手：服务器发送数据包，客户端接收。这样，客户端就可以断定服务器的接收和发送能力以及客户端的接收和发送能力是正常的。

从客户端的角度来看，我收到了服务器发送的响应包，这意味着服务器收到了我第一次握手时发送的网络包，并成功发送了响应包。这说明服务器的接收和发送能力正常。另一方面，我收到了服务器的响应包，说明我第一次发送的网络包成功到达了服务器。这样我自己的发送和接收能力也正常了。

第三次握手：客户端发送数据包，服务器接收。这样，服务器就可以断定客户端的接收和发送能力以及服务器的发送和接收能力是正常的。

经过第一次和第二次握手后，服务器并不知道客户端的接收能力和自身的发送能力是否正常。在第三次握手期间，服务器收到了客户端对第二次握手的响应。从服务器的角度来看，我在第二次握手中的响应数据已发送，客户端也收到了。所以，我的发送能力是正常的。客户的接待能力也正常。

经过上述三次握手过程后，客户端和服务器双方都确认自己的接收和发送能力正常。之后就可以正常通讯了。

每次，接收数据包的一方都可以得出一些结论，但发送方实际上没有任何线索。虽然我已经发送了数据包，但是我怎么知道我是否发送了，对方是否收到了呢？

从上面的过程可以看出，至少需要3次握手。两次，双方都无法断定自己和对方的接收和发送能力都是正常的。事实上，每次接收网络数据包的一方至少可以得到：对方的发送和我们的接收都正常。每个步骤都是相关的。下一个“响应”是由第一个“请求”触发的，因此每次握手实际上都可以得到额外的结论。例如，第三次握手时，服务器收到数据包，说明服务器只能获取客户端的发送能力，服务器的接收能力正常。但是，结合第二次握手，表明服务器在第二次发送的响应中客户端收到了数据包并做出了响应，从而得出一个额外的结论：客户端的接收和服务器的发送都正常。

我们用一个表格来总结一下：

视角客户接收客户发送服务器接收发送客户视角二一+二一+二二服务器视角二+三一一二+三

挥手四次

TCP连接是一种点对点的双向传输模式，这意味着双方可以同时向对方发送或接收数据。当一方想要关闭连接时，就会发送一条指令，通知另一方我要关闭连接。此时对方会回复一个ACK，一个方向的连接就关闭了。但另一个方向仍然可以继续传输数据。当所有数据发送完毕后，会发送一个FIN报文段来关闭该方向的连接。接收方发送ACK 来确认关闭连接。请注意，接收FIN 消息的一方只能回复ACK。它无法立即返回FIN报文段给对方，因为结束数据传输的“指令”是上层应用层给出的，而我只是一个“搬运工”，无法理解“上头的旨意” 。

“三次握手，四次挥手”怎么完成？

其实3次握手的目的不仅是让通信双方都知道连接正在建立，也是利用数据包的选项来传输特殊信息，交换初始序列号ISN。

三次握手意味着发送三个报文段，四次握手意味着发送四个报文段。请注意，SYN 和FIN 段都会使用重传来实现可靠传输。

三次握手

客户端发送一个SYN报文段并指定客户端的初始序列号，即ISN(c)。服务器发送自己的SYN 段作为响应，同时指定自己的ISN。要确认客户端的SYN，请使用ISN(c)+1 作为ACK 值。这样，每发送一个SYN，序列号就会加1，如果有丢失，就会重传。为了确认服务器端的SYN，客户端使用ISN(s)+1作为返回的ACK值。挥手四次

客户端发送FIN 段并包含其希望接收方能够看到的当前序列号K。它还包含一个ACK来确认对方发送的最新数据。服务器在K值上加1作为ACK序号值，表示已经收到前一个数据包。这时，上层应用程序会被通知对方发起了关闭操作，这通常会导致应用程序发起自己的关闭操作。服务器发起自己的FIN报文段，ACK=K+1，Seq=L，客户端确认。 ACK=L+1 为什么建立连接是三次握手，关闭连接却是四次握手？

这是因为在LISTEN状态下，服务器收到建立连接请求的SYN报文后，会将ACK和SYN放在一个报文中发送给客户端。关闭连接时，当收到对方的FIN报文时，仅表示对方不再发送数据，但仍可以接收数据。此时己方是否关闭发送数据通道需要由上层应用程序决定。因此，自己的ACK和FIN一般都会分开发送。