【计算机网络】TCP连接为什么是3次，而不是2次或者4次？（详细解答）

之前在春招面试的时候&＃xff0c;经常问到&＃xff0c;但是答得无非都是保证可靠性之类的&＃xff0c;理解不透彻。

什么是 TCP 连接&＃xff1a;

• ⽤于保证可靠性和流量控制维护的某些状态信息&＃xff0c;这些信息的组合&＃xff0c;包括Socket、序列号和窗⼝大小称为连接。
• 所以&＃xff0c;重要的是为什么三次握⼿才可以初始化Socket、序列号和窗⼝⼤⼩并建⽴ TCP 连接。

接下来以三个⽅⾯分析三次握⼿的原因&＃xff1a;

• 三次握⼿才可以阻⽌重复历史连接的初始化&＃xff08;主要原因&＃xff09;
• 三次握⼿才可以同步双⽅的初始序列号
• 三次握⼿才可以避免资源浪费

&＃xff08;1&＃xff09;避免历史连接

简单来说&＃xff0c;三次握手的首要原因是为了防⽌旧的重复连接初始化造成混乱。

⽹络环境是错综复杂的&＃xff0c;往往并不是如我们期望的⼀样&＃xff0c;先发送的数据包&＃xff0c;就先到达⽬标主机&＃xff0c;可能会由于⽹络拥堵等乱七⼋糟的原因&＃xff0c;会使得旧的数据包&＃xff0c;先到达⽬标主机。

三次握手情况下

客户端连续发送多次 SYN 建⽴连接的报⽂&＃xff0c;在⽹络拥堵情况下&＃xff1a;

• ⼀个「旧 SYN 报⽂」比「最新的 SYN 」 报⽂早到达了服务端&＃xff1b;
• 那么此时服务端就会回⼀个 SYN &＃43; ACK 报⽂给客户端&＃xff1b;
• 客户端收到后可以根据⾃身的上下⽂&＃xff0c;判断这是⼀个历史连接&＃xff08;序列号过期或超时&＃xff09;&＃xff0c;那么客户端就会发送RST 报⽂给服务端&＃xff0c;表示中⽌这⼀次连接。

两次握手情况下

如果是两次握⼿连接&＃xff0c;就不能判断当前连接是否是历史连接&＃xff0c;三次握⼿则可以在客户端&＃xff08;发送⽅&＃xff09;准备发送第三次报⽂时&＃xff0c;客户端因有⾜够的上下⽂来判断当前连接是否是历史连接&＃xff1a;

• 如果是历史连接&＃xff08;序列号过期或超时&＃xff09;&＃xff0c;则第三次握⼿发送的报⽂是 RST 报⽂&＃xff0c;以此中⽌历史连接&＃xff1b;
• 如果不是历史连接&＃xff0c;则第三次发送的报⽂是 ACK 报⽂&＃xff0c;通信双⽅就会成功建⽴连接&＃xff1b;

所以&＃xff0c;TCP 使⽤三次握⼿建⽴连接的最主要原因是防止历史连接初始化了连接。

&＃xff08;2&＃xff09;同步双方初始序列号

TCP 协议的通信双方&＃xff0c; 都必须维护⼀个「序列号」&＃xff0c;序列号是可靠传输的⼀个关键因素&＃xff0c;序列号的作⽤&＃xff1a;

• 接收⽅可以去除重复的数据&＃xff1b;
• 接收⽅可以根据数据包的序列号按序接收&＃xff1b;
• 可以标识发送出去的数据包中&＃xff0c;哪些是已经被对⽅收到的&＃xff1b;

可⻅&＃xff0c;序列号在 TCP 连接中占据着⾮常᯿要的作⽤&＃xff0c;所以当客户端发送携带「初始序列号」的 SYN 报⽂的时候&＃xff0c;需要服务端回⼀个 ACK 应答报⽂&＃xff0c;表示客户端的 SYN 报⽂已被服务端成功接收&＃xff0c;那当服务端发送「初始序列号」给客户端的时候&＃xff0c;依然也要得到客户端的应答回应&＃xff0c;这样⼀来⼀回&＃xff0c;才能确保双⽅的初始序列号能被可靠的同步。

四次握⼿其实也能够可靠的同步双⽅的初始化序号&＃xff0c;但由于第⼆步和第三步可以优化成⼀步&＃xff0c;所以就成了「三次握⼿」。

⽽两次握⼿只保证了⼀⽅的初始序列号能被对⽅成功接收&＃xff0c;没办法保证双⽅的初始序列号都能被确认接收。

&＃xff08;3&＃xff09;避免资源浪费

如果只有「两次握⼿」&＃xff0c;当客户端的 SYN 请求连接在⽹络中阻塞&＃xff0c;客户端没有接收到 ACK 报⽂&＃xff0c;就会重新发送 SYN &＃xff0c;由于没有第三次握⼿&＃xff0c;服务器不清楚客户端是否收到了⾃⼰发送的建⽴连接的 ACK 确认信号&＃xff0c;所以每收到⼀个 SYN 就只能先主动建⽴⼀个连接&＃xff0c;这会造成什么情况呢&＃xff1f;

​ 如果客户端的 SYN 阻塞了&＃xff0c;重复发送多次 SYN 报⽂&＃xff0c;那么服务器在收到请求后就会建立多个冗余的无效链接&＃xff0c;造成不必要的资源浪费。

即两次握⼿会造成消息滞留情况下&＃xff0c;服务器重复接受⽆⽤的连接请求 SYN 报⽂&＃xff0c;⽽造成重复复分配资源。

&＃xff08;4&＃xff09;小结

TCP 建立连接时&＃xff0c;通过三次握⼿能防⽌历史连接的建⽴&＃xff0c;能减少双⽅不必要的资源开销&＃xff0c;能帮助双⽅同步初始化序列号。序列号能够保证数据包不᯿复、不丢弃和按序传输。

不使⽤「两次握⼿」和「四次握⼿」的原因&＃xff1a;

• 「两次握⼿」&＃xff1a;⽆法防⽌历史连接的建⽴&＃xff0c;会造成双⽅资源的浪费&＃xff0c;也⽆法可靠的同步双⽅序列号&＃xff1b;
• 「四次握⼿」&＃xff1a;三次握⼿就已经理论上最少可靠连接建⽴&＃xff0c;所以不需要使⽤更多的通信次数。

整理自小林coding所著的《图解网络》&＃xff0c;侵删