TCP 为什么是三次握手，而不是两次或四次？

怼烎@ 2023-08-17 17:42 115阅读 0赞

很多同学只知道TCP三次握手，但是不知道三次握手是为了什么，更不知道为什么不能是两次或者四次。

我也看了网上有很多的答案，但是有些一知半解，且有些说的都是错的。

例如：

三次握手：
    “喂，你听得到吗？”
    “我听得到呀，你听得到我吗？”
    “我能听到你

这种类比其实就是对初学者的引导，并不正确；

另外还有一个就是在谢希仁著《计算机网络》第四版中，讲 “三次握手” 的目的是 “为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误”，这个只能算是表因，并不涉及本质。

> 原文：
> 
> 谢希仁版《计算机网络》中的例子是这样的，“已失效的连接请求报文段” 的产生在这样一种情况下：client 发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达 server。本来这是一个早已失效的报文段。但 server 收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是 client 再次发出的一个新的连接请求。于是就向 client 发出确认报文段，同意建立连接。假设不采用 “三次握手”，那么只要 server 发出确认，新的连接就建立了。由于现在 client 并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬 server 的确认，也不会向 server 发送数据。但 server 却以为新的运输连接已经建立，并一直等待 client 发来数据。这样，server 的很多资源就白白浪费掉了。采用 “三次握手” 的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况，client 不会向 server 的确认发出确认。server 由于收不到确认，就知道 client 并没有要求建立连接。”

# ![70][] #

# 正文： #

大家都知道TCP是一种可靠的传输层协议：其**目的**：既要保证数据可靠传输，又要提高传输的效率，而用**三次恰恰可以满足以上两方面的需求！**

TCP连接握手，握的是啥？

为什么三次握手是必须的——**TCP 需要 seq 序列号来做可靠重传或接收，而避免连接复用时无法分辨出 seq 是延迟或者是旧链接的 seq，因此需要三次握手来约定确定双方的 ISN（初始 seq 序列号 Initial sequence number）**

TCP 设计中一个基本设定就是，通过TCP 连接发送的每一个包，都有一个sequence number。而因为每个包都是有序列号的，所以都能被确认收到这些包。

确认机制是累计的，所以一个对序列号 X 的确认，意味着 X 序列号之前(不包括 X) 包都是被确认接收到的。

TCP 协议是不限制一个特定的连接（两端 socket 一样）被重复使用的。

所以这样就有一个问题：这条连接突然断开重连后，TCP 怎么样识别之前旧链接重发的包？——这就需要独一无二的 ISN（初始序列号）机制。

**TCP可靠传输的精髓**：TCP连接的一方A，由操作系统动态随机选取一个**32位长的序列号（Initial Sequence Number），**假设A的初始序列号为1000，以该序列号为原点，对自己将要发送的每个字节的数据进行编号，1001，1002，1003…，并把自己的初始序列号ISN告诉B，让B有一个思想准备，什么样编号的数据是合法的，什么编号是非法的，比如编号900就是非法的，同时B还可以对A每一个编号的字节数据进行确认。如果A收到B确认编号为2001，则意味着字节编号为1001-2000，共1000个字节已经安全到达。

同理B也是类似的操作，假设B的初始序列号ISN为2000，以该序列号为原点，对自己将要发送的每个字节的数据进行编号，2001，2002，2003…，并把自己的初始序列号ISN告诉A，以便A可以确认B发送的每一个字节。如果B收到A确认编号为4001，则意味着字节编号为2001-4000，共2000个字节已经安全到达。

![format_png][]

**二次握手的过程：**

A 发送同步信号**SYN** \+ **A's ISN**

B发送同步信号**SYN** \+ **B's ISN** \+ **B's ACK 序列号**

这里有一个问题，A与B就A的初始序列号达成了一致，这里是1000。**但是**B无法知道A是否已经接收到自己的同步信号，如果这个同步信号丢失了，**A和B就B的初始序列号将无法达成一致。**

**因为这种情况下，只有服务器对客户端的起始序列号做了确认，但客户端却没有对服务器的起始序列号做确认，不能保证传输的可靠性。**

于是TCP的设计者将**SYN这个同步标志位SYN设计成占用一个字节的编号（FIN标志位也是）**，既然是一个字节的数据，按照TCP对有数据的TCP segment 必须确认的原则，所以在这里A必须给B一个确认，以确认A已经接收到B的同步信号。

**四次握手的过程：**

1.  A 发送同步信号**SYN** \+ **A's ISN**
2.  B 确认收到A的同步信号，并记录 A's ISN 到本地，命名 **B's ACK 序列号**
3.  B发送同步信号**SYN** \+ **B's ISN**
4.  A确认收到B的同步信号，并记录 B's ISN 到本地，命名 **A's ACK 序列号**

很显然2和3 这两个步骤可以合并，**只需要三次握手，**可以提高连接的速度与效率。

对于上述的：防止失效的连接请求报文段被服务端接收，从而产生错误。

失效的连接请求：若客户端向服务端发送的连接请求丢失，客户端等待应答超时后就会再次发送连接请求，此时，上一个连接请求就是『失效的』。

若建立连接只需两次握手，客户端并没有太大的变化，仍然需要获得服务端的应答后才进入ESTABLISHED状态，而服务端在收到连接请求后就进入ESTABLISHED状态。此时如果网络拥塞，客户端发送的连接请求迟迟到不了服务端，客户端便超时重发请求，如果服务端正确接收并确认应答，双方便开始通信，通信结束后释放连接。此时，如果那个失效的连接请求抵达了服务端，由于只有两次握手，服务端收到请求就会进入ESTABLISHED状态，等待发送数据或主动发送数据。但此时的客户端早已进入CLOSED状态，服务端将会一直等待下去，这样浪费服务端连接资源。

[70]: /images/20230808/f1b1372063214900b0e7c6a562c91dfd.png
[format_png]: /images/20230808/84864d8bb07f48acbe68cd055297443a.png