绕不开的TCP之三次握手

在面试过程中，无论是开发还是测试岗位，TCP都是一个绕不开的话题，而谈到TCP，大概率三次握手也会被提及，那应该如何回答这个问题呢？在回答这个问题之前，让我们先预热一波吧。

TCP的定义

TCP协议全称: 传输控制协议, 顾名思义, 就是要对数据的传输进行一定的控制，它是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

TCP连接全过程的状态

TCP连接全过程中，客户端及服务端存在的状态如下：

• LISTEN：侦听来自远方的TCP端口的连接请求（服务器）
• SYN-SENT：在发送连接请求后等待匹配的连接请求（客户端）
• SYN-RCVD：在收到和发送一个连接请求后等待对方对连接请求的确认（服务器）
• ESTABLISHED：代表一个打开的连接（客户端、服务器）
• FIN-WAIT-1：等待远程TCP连接中断请求，或先前的连接中断请求的确认（客户端）
• FIN-WAIT-2：从远程TCP等待连接中断请求（客户端）
• CLOSE-WAIT：等待从本地用户发来的连接中断请求（服务器）
• CLOSING：等待远程TCP对连接中断的确认（客户端、服务器）
• LAST-ACK：等待原来的发向远程TCP的连接中断请求的确认（服务器
• TIME-WAIT：等待足够的时间以确保远程TCP接收到连接中断请求的确认（客户端）
• CLOSED：没有任何连接状态（客户端、服务器）

TCP的3次握手

TCP的连接建立和连接关闭，都是通过请求－响应的模式完成的。TCP采用3次握手建立连接的过程如下（整个过程可以采用wireshark进行抓包获取）。

注意， 客户端和服务器起始状态都处于 CLOSE 状态。

1. TCP服务器进程先创建传输控制块TCB, 时刻准备接受客户端进程的连接请求, 此时服务器就进入了 LISTEN（监听）状态。
2. TCP客户端进程也是先创建传输控制块TCB, 然后向服务器发出连接请求报文，此时报文首部中的同步标志位SYN=1, 同时选择一个初始序列号 seq = x(x为随机生成), 此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT（同步已发送状态）状态。TCP规定, SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。
3. TCP服务器收到请求报文后, 如果同意连接, 则发出确认报文。确认报文中的 ACK=1, SYN=1, 确认序号是 x+1（x为第2步客户端发送过来的序列号）, 同时也要为自己初始化一个序列号 seq = y(y为随机生成), 此时, TCP服务器进程进入了SYN-RCVD（同步收到）状态。这个报文也不能携带数据, 但是同样要消耗一个序号。
4. TCP客户端进程收到服务端回复后需要进行相关确认（该处需要检查第3步服务器发送的标志位ACK的值是否为1，确认序号是否为第2步客户端发送的初始序号x+1），当确认正确后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，确认序号是 y+1，自己的序列号是 x+1。
5. 此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了。
   接下来让我们以图片的形式再展示一下3次握手的整个流程。
   

上面提到的SYN、ACK等标志位，它们分别代表什么含义呢？

SYN表示建立连接，ACK表示响应，除了这两个标志位外，常用的还有FIN(表示关闭连接)、PSH(表示有数据传输)和RST(表示连接重置)。

PS：ACK、SYN和FIN这些大写的单词表示标志位，其值要么是1，要么是0；ack、seq小写的单词表示序号。

其中，ACK是可能与SYN，FIN等同时使用的，比如SYN和ACK可能同时为1，它表示的就是建立连接之后的响应，如果只是一个SYN，它表示的只是建立连接。TCP的几次握手就是通过这样的ACK表现出来的。但SYN与FIN是不会同时为1的，因为前者表示的是建立连接，而后者表示的是断开连接。

RST一般是在FIN之后才会出现为1的情况，表示的是连接重置。当出现FIN包或RST包时，可以认为客户端与服务器端断开了连接；而当出现SYN和SYN＋ACK包时，则可以认为客户端与服务器建立了一个连接。PSH为1的情况，一般只出现在 DATA内容不为0的包中，也就是说PSH为1表示的是有真正的TCP数据包内容被传递。

读到这里，好奇的小伙伴可能会问，为什么TCP连接是3次握手呢？为什么不是2次握手或者4次握手呢？让我们一起来寻根究底，探寻一下原因吧。

为什么不用两次?主要是为了防止已经失效的连接请求报文突然又传送到了服务器，从而不必要的错误。可以假设这样一种场景，客户端发送的第一个请求连接没有丢失，而是延迟到达，由于TCP的客户端在超时时间内没有收到服务器的确认报文，以为服务器没有收到，此时会重新向服务器发送这条报文，这时客户端和服务器在经过两次握手完成连接并传输数据后关闭了连接。然后之前滞留的那一次请求连接，因为网络通畅到达了服务器，这个报文本该是失效的，但是，两次握手的机制将会让客户端和服务器再次建立连接，这将导致不必要的错误和资源浪费。
而如果采用的是三次握手，即使前面一次失效的报文又传送过来了，服务端接受到了那条失效报文并且回复了确认报文，但是客户端不会再次发出确认。由于服务器收不到确认，就可以知道客户端并没有请求连接，该次报文请求是失效的。

那为什么不用四次?这时因为三次已经可以满足需要了, 四次就多余了，而多余就意味着资源的浪费，自然而然应该被摒弃了。

其他文章可以关注微信公众号测试架构师养成记,还有资料可以领哦~