什么是 TCP 三次握手?

由于在面试中,三次握手是被问的最频繁的面试题,所以本次我们从面试的角度来讲解三次握手

当面试官问你为什么需要有三次握手、三次握手的作用、讲讲三次三次握手的时候,我想很多人会这样回答:

首先很多人会先讲下握手的过程:

1、第一次握手:客户端给服务器发送一个 SYN 报文。

2、第二次握手:服务器收到 SYN 报文之后,会应答一个 SYN+ACK 报文。

3、第三次握手:客户端收到 SYN+ACK 报文之后,会回应一个 ACK 报文。

4、服务器收到 ACK 报文之后,三次握手建立完成。

作用是为了确认双方的接收与发送能力是否正常。

这里我顺便解释一下为啥只有三次握手才能确认双方的接受与发送能力是否正常,而两次却不可以

第一次握手:客户端发送网络包,服务端收到了。这样服务端就能得出结论:客户端的发送能力、服务端的接收能力是正常的。

第二次握手:服务端发包,客户端收到了。这样客户端就能得出结论:服务端的接收、发送能力,客户端的接收、发送能力是正常的。不过此时服务器并不能确认客户端的接收能力是否正常。

第三次握手:客户端发包,服务端收到了。这样服务端就能得出结论:客户端的接收、发送能力正常,服务器自己的发送、接收能力也正常。

因此,需要三次握手才能确认双方的接收与发送能力是否正常。

这样回答其实也是可以的,但我觉得,这个过程的我们应该要描述的更详细一点,因为三次握手的过程中,双方是由很多状态的改变的,而这些状态,也是面试官可能会问的点。所以我觉得在回答三次握手的时候,我们应该要描述的详细一点,而且描述的详细一点意味着可以扯久一点。加分的描述我觉得应该是这样:

刚开始客户端处于 closed 的状态,服务端处于 listen 状态。然后

1、第一次握手:客户端给服务端发一个 SYN 报文,并指明客户端的初始化序列号 SN(c)。此时客户端处于 SYN_Send 状态。

2、第二次握手:服务器收到客户端的 SYN 报文之后,会以自己的 SYN 报文作为应答,并且也是指定了自己的初始化序列号 ISN(s),同时会把客户端的 ISN + 1 作为 ACK 的值,表示自己已经收到了客户端的 SYN,此时服务器处于 SYN_REVD 的状态。

3、第三次握手:客户端收到 SYN 报文之后,会发送一个 ACK 报文,当然,也是一样把服务器的 ISN + 1 作为 ACK 的值,表示已经收到了服务端的 SYN 报文,此时客户端处于 establised 状态。

4、服务器收到 ACK 报文之后,也处于 establised 状态,此时,双方以建立起了链接。

三次握手的作用

三次握手的作用也是有好多的,多记住几个,保证不亏。例如:

1、确认双方的接受能力、发送能力是否正常。

2、指定自己的初始化序列号,为后面的可靠传送做准备。

单单这样还不足以应付三次握手,面试官可能还会问一些其他的问题,例如:

1、(ISN)是固定的吗

三次握手的一个重要功能是客户端和服务端交换ISN(Initial Sequence Number), 以便让对方知道接下来接收数据的时候如何按序列号组装数据。

如果ISN是固定的,攻击者很容易猜出后续的确认号,因此 ISN 是动态生成的。

2、什么是半连接队列

服务器第一次收到客户端的 SYN 之后,就会处于 SYN_RCVD 状态,此时双方还没有完全建立其连接,服务器会把此种状态下请求连接放在一个队列里,我们把这种队列称之为半连接队列。当然还有一个全连接队列,就是已经完成三次握手,建立起连接的就会放在全连接队列中。如果队列满了就有可能会出现丢包现象。

这里在补充一点关于SYN-ACK 重传次数的问题: 服务器发送完SYN-ACK包,如果未收到客户确认包,服务器进行首次重传,等待一段时间仍未收到客户确认包,进行第二次重传,如果重传次数超 过系统规定的最大重传次数,系统将该连接信息从半连接队列中删除。注意,每次重传等待的时间不一定相同,一般会是指数增长,例如间隔时间为 1s, 2s, 4s, 8s, ….

3、三次握手过程中可以携带数据吗

很多人可能会认为三次握手都不能携带数据,其实第三次握手的时候,是可以携带数据的。也就是说,第一次、第二次握手不可以携带数据,而第三次握手是可以携带数据的。

为什么这样呢?大家可以想一个问题,假如第一次握手可以携带数据的话,如果有人要恶意攻击服务器,那他每次都在第一次握手中的 SYN 报文中放入大量的数据,因为攻击者根本就不理服务器的接收、发送能力是否正常,然后疯狂着重复发 SYN 报文的话,这会让服务器花费很多时间、内存空间来接收这些报文。也就是说,第一次握手可以放数据的话,其中一个简单的原因就是会让服务器更加容易受到攻击了。

而对于第三次的话,此时客户端已经处于 established 状态,也就是说,对于客户端来说,他已经建立起连接了,并且也已经知道服务器的接收、发送能力是正常的了,所以能携带数据页没啥毛病。

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评论(6)

  • 手可摘星辰 普通 2022-03-15 8:28 上午

    帅地你好,这些内容对于研究生找工作来说也是可取的对吧

  • mpweixin用户 普通 2022-02-15 11:00 下午

    SYN ACK …好多专业术语 如果能备注上英文全称就更好啦 谢谢帅地

  • 汉堡包 普通 2021-10-29 11:33 上午

    TCP首部占32位字节,其中有序列号seq,确认号ack以及标志位SYN,ACK,FIN等。
    当标志位ACK = 1时,确认号ack的值才有效。
    三次握手标志位与序列号、确认号的变化是:
    SYN = 1, seq = ISN(c)
    SYN = 1, ACK = 1, seq = ISN(s), ack = ISN(c) + 1
    ACK = 1, seq = ISN(c) + 1, ack = ISN(s) + 1

  • astrophel 普通 2021-06-30 5:43 下午

    这里在补充一点关于SYN-ACK 重传次数的问题: 服务器发送完SYN-ACK包,如果未收到客户确认包,服务器进行首次重传,等待一段时间仍未收到客户确认包,进行第二次重传,如果重传次数超 过系统规定的最大重传次数,系统将该连接信息从半连接队列中删除。注意,每次重传等待的时间不一定相同,一般会是指数增长,例如间隔时间为 1s, 2s, 4s, 8s, ….
    关于这个问题,如果服务器发送完SYN-ACK包,它未收到客户确认包,但是客户端已经收到了服务端的ACK,此时客户端已经是established状态了,那么就可以发送数据了,但是当数据到达服务端的时候,此时服务端还是SYN_RCVD,并不是establised,这时客户端服务端怎么处理?个人认为,只有第三次握手的过程中就开始携带数据,就可以解决这个客户端ACK包和数据不同步的问题