三次握手都做什麼？
三次握手 建立起 TCP連接 的 reliable，分配初始序列號和資源，在相互確認之後開始數據的傳輸。有 主動打開(一般是client) 和 被動打開(一般是server)。
TCP使用3次握手建立一條連接，該握手初始化了傳輸可靠性以及數據順序性必要的信息，這些信息包括兩個方向的初始序列號，確認號由初始序列號生成，使用3次握手是因爲3次握手已經準備好了傳輸可靠性以及數據順序性所必要的信息，該握手的第3次實際上並不是需要單獨傳輸的，完全可以和數據一起傳輸。詳細過程如下所示：
第一步，Client會進入SYN_SENT狀態，併發送Syn 消息給Server端，SYN標誌位在此場景下被設置爲1，同時會帶上Client這端分配好的Seq號，這個序列號是一個U32的整型數，該數值的分配是根據時間產生的一個隨機值，通常情況下每間隔4ms會加1。除此之外還會帶一個MSS，也就是最大報文段長度，表示Tcp傳往另一端的最大數據塊的長度。
第二步，Server端在收到，Syn消息之後，會進入SYN_RCVD狀態，同時返回Ack消息給Client，用來通知Client，Server端已經收到SYN消息並通過了確認。這一步Server端包含兩部分內容，一部分是回覆Client的Syn消息，其中ACK=1，Seq號設置爲Client的Syn消息的Seq數值+1；另一部分是主動發送Sever端的Syn消息給Client，Seq號碼是Server端上面對應的序列號，當然Syn標誌位也會設置成1，MSS表示的是Server這一端的最大數據塊長度。
第三步，Client在收到第二步消息之後，首先會將Client端的狀態從SYN_SENT變換成ESTABLISHED,此時Client發消息給Server端，這個方向的通道已經建立成功，Client可以發送消息給Server端了，Server端也可以成功收到這些消息。其次，Client端需要回復ACK消息給Server端，消息包含ACK狀態被設置爲1，Seq號碼被設置成Server端的序列號+1。（備註：這一步往往會與Client主動發起的數據消息，合併到一起發送給Server端。）
第四步，Server端在收到這個Ack消息之後，會進入ESTABLISHED狀態，到此時刻Server發向Client的通道連接建立成功，Server可以發送數據給Client，TCP的全雙工連接建立完成。
爲什麼需要三次握手？
TCP的連接因爲是全雙工的，也就是Client和Server兩端，發送消息兩個方向的連接都要建立成功。如果要保證雙向連接都成功的話，三次通信是最少的次數了。大於三次的話，後面的次數通信就沒有必要了，是在浪費資源。
二次的話，會怎麼樣，可不可以呢？答案是不可以，我們來看下，下面的場景。
在談論這個之前，我們先要知道TCP是基於IP協議的，而IP協議是有路由的，IP協議不能夠保證先發送的數據先到達，這當中依賴於IP協議底層的網絡質量，以及Client與Server之間的路由跳數。
Client在發送完Syn消息1，這裏稱作Syn1之後，假設因爲網絡原因，Syn1並沒有到達Server端，這個時候Client端已經超時，Client之後重新發起SYN消息，這裏稱作Syn2。結果由於網絡原因Syn2先到答Server，Server於是與Client基於Syn2建立了連接，結果沒過多久Syn1又到達了Server,Server於是關掉了Syn2建立的那條連接，又重新建立了一條連接。對於Client來說新建立的這條連接是早就過時的，所以Client不會在這條連接上發送任何數據，這就導致了Server端長時間收不到數據，Client新的連接被斷掉了。
三次握手失敗了會怎麼樣？
這裏要看是在那個階段失敗的，Client在發送SYN之後沒有收到ACK消息，Client會進行重傳，第一次重傳時間5.5-6s之間，第二次重傳會是24s，不成功還會繼續嘗試，伯克利系統在超過75s之後，如果還是不成功，會放棄嘗試連接。（備註：這裏面的重傳時間設置，與底層的定時器設置有過關係，可以參考TCP/IP詳解卷1，這裏不做詳談。）
如果Server沒有收到最後的一次Ack消息，同樣的原理，Server也會進行重傳第二步的Syn+Ack消息。
三次握手的狀態轉換？
TCP的狀態變化圖如下所示，Client和Server的初始狀態都是CLOSED狀態，其中：
Client:
CLOSED-----發送Syn 消息--->SYN_SENT-----收到Server端發回的SYN+ACK--->ESTABLISHED---發送和接收數據-->......
Server:
CLOSED----收到Client端發送過來的SYN消息-->SYN_RCVD-----發送SYN+ACK消息--->SYN_RCVD----收到Client發回來的ACK消息--->ESTABLISHED-----發送和接收數據-->......
其中TCP的三次握手與Scoket的函數對應關係如下所示：
備註：connect時，觸發了連接請求，向服務器發送了SYN J包，這時connect進入阻塞狀態；服務器監聽到連接請求，即收到SYN J包，調用accept函數接收請求向客戶端發送SYN K ，ACK J+1，這時accept進入阻塞狀態；客戶端收到服務器的SYN K ，ACK J+1之後，這時connect返回，並對SYN K進行確認；服務器收到ACK K+1時，accept返回，至此三次握手完畢，連接建立。 --摘自：原文：https://blog.csdn.net/futurewu/article/details/76674016
參考資料：
TCP/IP詳解 卷 I
https://blog.csdn.net/futurewu/article/details/76674016
https://blog.csdn.net/dog250/article/details/6612496
https://blog.csdn.net/varyall/article/details/80348850
灰子做於二零一九年一月二十日。
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