TCP三次握手的基本原理

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，TCP（傳輸控制協(xié)議）是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。它確保了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)目煽啃院晚樞蛐?。為了建立兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間的通信，TCP使用一種稱為“三次握手”的過程。這個(gè)過程不僅確保了雙方準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而且還避免了一些網(wǎng)絡(luò)攻擊，如重放攻擊。

什么是TCP三次握手？

TCP三次握手是一種用于在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間建立可靠連接的機(jī)制。這個(gè)過程涉及到三個(gè)步驟，每個(gè)步驟都由一個(gè)特定的TCP標(biāo)志位（SYN和ACK）來標(biāo)識(shí)。以下是三次握手的詳細(xì)步驟：

1. SYN（同步序列編號(hào)） ：客戶端發(fā)送一個(gè)SYN包（syn=j）到服務(wù)器以發(fā)起一個(gè)主動(dòng)打開（active open）。這個(gè)包用來同步序列編號(hào)和初始序列號(hào)。
2. SYN-ACK（同步-確認(rèn)） ：服務(wù)器接收到SYN包后，需要確認(rèn)客戶端的SYN（ack=j+1），同時(shí)自己也發(fā)送一個(gè)SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時(shí)服務(wù)器進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)。
3. ACK（確認(rèn)） ：客戶端收到服務(wù)器的SYN+ACK包后，會(huì)發(fā)送一個(gè)確認(rèn)包（ack=k+1），這個(gè)包發(fā)送完畢，客戶端和服務(wù)器進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手。

三次握手的步驟詳解

第一次握手：客戶端發(fā)送SYN

• 客戶端 ：選擇一個(gè)初始序列號(hào)（ISN，Initial Sequence Number），并將其放入SYN包中發(fā)送給服務(wù)器。
• 服務(wù)器 ：接收到SYN包后，服務(wù)器知道客戶端希望建立連接。

第二次握手：服務(wù)器發(fā)送SYN-ACK

• 服務(wù)器 ：選擇自己的初始序列號(hào)，并發(fā)送一個(gè)SYN包（包含服務(wù)器的ISN）以及對(duì)客戶端SYN包的確認(rèn)（ACK）。
• 客戶端 ：接收到SYN-ACK包后，客戶端知道服務(wù)器已經(jīng)準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。

第三次握手：客戶端發(fā)送ACK

• 客戶端 ：發(fā)送一個(gè)ACK包，確認(rèn)服務(wù)器的SYN包。
• 服務(wù)器 ：接收到ACK包后，服務(wù)器知道客戶端已經(jīng)準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)，此時(shí)連接建立成功。

三次握手的必要性

1. 確保雙方準(zhǔn)備好發(fā)送和接收數(shù)據(jù) ：三次握手確保了雙方都有能力發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，這是建立可靠連接的基礎(chǔ)。
2. 防止已失效的連接請(qǐng)求突然又傳送到了服務(wù)器 ：如果一個(gè)連接請(qǐng)求在網(wǎng)絡(luò)中延遲了，可能會(huì)在連接已經(jīng)關(guān)閉后到達(dá)服務(wù)器，導(dǎo)致服務(wù)器錯(cuò)誤地打開一個(gè)不需要的連接。三次握手通過序列號(hào)和確認(rèn)機(jī)制避免了這種情況。
3. 同步初始序列號(hào) ：三次握手過程中，雙方交換初始序列號(hào)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸提供了一個(gè)基準(zhǔn)。

三次握手的安全性

三次握手還有助于提高網(wǎng)絡(luò)的安全性：

1. 防止SYN Flood攻擊 ：這是一種拒絕服務(wù)攻擊，攻擊者發(fā)送大量的SYN包給服務(wù)器，但不完成握手的最后步驟。服務(wù)器會(huì)為每個(gè)SYN包分配資源，導(dǎo)致資源耗盡。三次握手的機(jī)制使得服務(wù)器在收到最終的ACK之前不會(huì)完全建立連接，從而減少了資源的浪費(fèi)。
2. 避免重放攻擊 ：由于每次握手都包含一個(gè)序列號(hào)，這使得攻擊者很難重放一個(gè)舊的SYN包，因?yàn)樾蛄刑?hào)會(huì)不匹配。

三次握手的變種

在某些情況下，三次握手可以被優(yōu)化或修改：

1. 同時(shí)打開（Simultaneous Open） ：在某些協(xié)議中，如SCTP（流控制傳輸協(xié)議），同時(shí)打開是可能的，即客戶端和服務(wù)器幾乎同時(shí)發(fā)送SYN包。這可以減少一個(gè)往返時(shí)間（RTT），但需要更復(fù)雜的協(xié)議支持。
2. 快速打開（Quick-Open） ：某些應(yīng)用場(chǎng)景下，如Web服務(wù)器，可能會(huì)使用快速打開技術(shù)，允許在沒有完成三次握手的情況下就開始傳輸數(shù)據(jù)。這需要額外的安全措施來確保數(shù)據(jù)的完整性和安全性。

結(jié)論

TCP三次握手是確保網(wǎng)絡(luò)通信可靠性和安全性的關(guān)鍵機(jī)制。它不僅建立了兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間的連接，還通過序列號(hào)和確認(rèn)機(jī)制提供了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐胶痛_認(rèn)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，三次握手的變種和優(yōu)化也在不斷出現(xiàn)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和安全需求。