TCP三次握手與連接建立的關(guān)系

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。它負(fù)責(zé)在兩個(gè)主機(jī)之間建立、維護(hù)和終止連接，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。TCP連接的建立過(guò)程是通過(guò)三次握手（Three-Way Handshake）來(lái)完成的，這個(gè)過(guò)程不僅確立了兩個(gè)通信實(shí)體之間的連接，還同步了雙方的初始序列號(hào)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸打下了基礎(chǔ)。

1. TCP三次握手的步驟

三次握手的過(guò)程可以分為以下三個(gè)步驟：

第一次握手（SYN）

• 客戶(hù)端發(fā)送一個(gè)SYN（同步序列編號(hào)）標(biāo)志的數(shù)據(jù)包給服務(wù)器，并指定客戶(hù)端的初始序列號(hào)（ISN，Initial Sequence Number）。
• 這個(gè)SYN包不包含任何應(yīng)用層數(shù)據(jù)，但它標(biāo)志著連接請(qǐng)求的開(kāi)始。

第二次握手（SYN-ACK）

• 服務(wù)器接收到客戶(hù)端的SYN包后，如果同意建立連接，會(huì)發(fā)送一個(gè)SYN-ACK（同步-確認(rèn)）包作為響應(yīng)。
• 服務(wù)器也會(huì)指定自己的初始序列號(hào)，并確認(rèn)客戶(hù)端的序列號(hào)（通過(guò)ACK標(biāo)志和客戶(hù)端的ISN+1）。

第三次握手（ACK）

• 客戶(hù)端接收到服務(wù)器的SYN-ACK包后，會(huì)發(fā)送一個(gè)ACK（確認(rèn)）包作為最終響應(yīng)。
• 這個(gè)ACK包確認(rèn)了服務(wù)器的SYN包，并且客戶(hù)端的序列號(hào)會(huì)增加1（因?yàn)橐呀?jīng)發(fā)送了一個(gè)數(shù)據(jù)包）。

2. 三次握手的必要性

三次握手的必要性可以從以下幾個(gè)方面來(lái)理解：

防止已失效的連接請(qǐng)求突然又傳送到了服務(wù)器端

• 如果沒(méi)有第三次握手，服務(wù)器端無(wú)法確認(rèn)客戶(hù)端是否仍然想要建立連接。例如，客戶(hù)端發(fā)送了一個(gè)連接請(qǐng)求后，由于網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，這個(gè)請(qǐng)求在網(wǎng)絡(luò)中滯留了很長(zhǎng)時(shí)間，當(dāng)它最終到達(dá)服務(wù)器時(shí)，客戶(hù)端可能已經(jīng)不再需要這個(gè)連接了。三次握手確保了服務(wù)器端能夠確認(rèn)客戶(hù)端的意圖。

同步雙方的初始序列號(hào)

• 三次握手過(guò)程中，客戶(hù)端和服務(wù)器端都發(fā)送了自己的初始序列號(hào)，這樣雙方都可以知道對(duì)方的序列號(hào)起始點(diǎn)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸提供了同步的基礎(chǔ)。

避免資源浪費(fèi)

• 如果使用兩次握手，服務(wù)器端可能在沒(méi)有收到客戶(hù)端確認(rèn)的情況下就開(kāi)啟了資源，這可能導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。三次握手確保了雙方都準(zhǔn)備好了才開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸。

3. 三次握手與連接建立的關(guān)系

三次握手是TCP連接建立的核心過(guò)程，它與連接建立的關(guān)系體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

確認(rèn)雙方的接收和發(fā)送能力

• 通過(guò)三次握手，客戶(hù)端和服務(wù)器端都確認(rèn)了對(duì)方能夠接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。第一次握手確認(rèn)了客戶(hù)端到服務(wù)器的路徑，第二次握手確認(rèn)了服務(wù)器到客戶(hù)端的路徑，第三次握手確認(rèn)了客戶(hù)端能夠接收服務(wù)器的數(shù)據(jù)。

建立可靠的通信通道

• TCP協(xié)議需要確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，三次握手過(guò)程中的序列號(hào)和確認(rèn)機(jī)制為數(shù)據(jù)的有序傳輸和錯(cuò)誤檢測(cè)提供了基礎(chǔ)。

避免資源的無(wú)效分配

• 三次握手確保了只有在雙方都準(zhǔn)備好的情況下才開(kāi)始分配資源，避免了因?yàn)閱畏矫娴倪B接請(qǐng)求而導(dǎo)致的資源浪費(fèi)。

4. 三次握手的安全性

雖然三次握手主要用于建立連接，但它也與安全性有關(guān)：

拒絕服務(wù)攻擊（DoS）

• 三次握手過(guò)程中，服務(wù)器在收到SYN包后會(huì)分配資源等待客戶(hù)端的ACK。如果客戶(hù)端不發(fā)送ACK，服務(wù)器會(huì)保持這個(gè)半打開(kāi)的連接一段時(shí)間，這可能導(dǎo)致資源耗盡，從而成為拒絕服務(wù)攻擊（DoS）的一種形式。

SYN洪泛攻擊

• 攻擊者可以發(fā)送大量的SYN包給服務(wù)器，但不完成第三次握手，導(dǎo)致服務(wù)器資源耗盡，這是一種常見(jiàn)的SYN洪泛攻擊。

5. 三次握手的優(yōu)化

為了提高效率和安全性，TCP三次握手有一些優(yōu)化措施：

同時(shí)打開(kāi)（Simultaneous Open）

• 在某些情況下，客戶(hù)端和服務(wù)器可以同時(shí)發(fā)送SYN包，這樣只需要兩次握手就可以完成連接的建立。

握手優(yōu)化（如TCP Fast Open）

• 通過(guò)在三次握手過(guò)程中傳輸數(shù)據(jù)，或者在客戶(hù)端和服務(wù)器之間預(yù)先共享密鑰，可以減少握手的次數(shù)或在握手過(guò)程中傳輸數(shù)據(jù)。