握手 三次握手详解，高手必啃的知识点！

TCP报文段的简介

在介绍三次握手和四次挥手之前，我们先来简单了解一下TCP报文段的结构。TCP报文段由首部和数据两部分组成。默认情况下，首部长度一般为20字节，但在某些情况下，可能会使用可选字段，这会增加首部的长度，但最长不超过60字节。

TCP首部包含以下内容，请注意其中的控制位，在三次握手和四次挥手过程中会频繁出现：

窗口大小（Window）：TCP的流量控制通过连接的每一端声明的窗口大小来提供。窗口大小以字节数表示，起始于确认序号字段指明的值，该值是接收端期望接收的字节。窗口大小是一个16位字段，单位是字节，因此窗口大小最大为65535字节。

检验和（Checksum）：类似于数字签名，用于验证数据的完整性，即确保数据未被修改。检验和覆盖了整个TCP报文段，包括TCP首部和TCP数据。发送端根据特定算法计算出一个检验和，接收端会进行计算并验证。

紧急指针（Urgent Pointer）：当URG控制位的值为1时，此字段生效。紧急指针是一个正的偏移量，与序号字段中的值相加，表示紧急数据的最后一个字节的序号。TCP的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。

选项（Options）：这部分是可选字段，也就是非必需字段。最常见的可选字段是”最大报文段大小（MSS，Maximum Segment Size）”。

有效数据部分（Data）：这部分不是必需的。例如，在建立和关闭TCP连接的阶段，双方交换的报文段只包含TCP首部。

关于TCP三次握手的常见问题：

1.说一说三次握手

三次握手是TCP协议用于建立可靠连接的过程，其步骤如下：

• 第一步：客户端向服务器发送一个SYN包，其中包含客户端的初始序列号（ISN）。
• 第二步：服务器收到SYN包后，向客户端发送一个SYN+ACK包，其中包含服务器的ISN和确认号（ACK number）。
• 第三步：客户端收到服务器的SYN+ACK包后，向服务器发送一个ACK包，确认连接的建立。

在三次握手完成后，TCP连接建立成功，双方可以开始进行数据传输。这个过程可以确保连接的可靠性和完整性，防止数据包的丢失或重复传输。

2.三次握手的作用

三次握手的作用如下：

• 确认双方的通信能力和可靠性。
• 同步双方的初始序列号，用于后续数据传输的顺序控制。
• 建立双方的连接状态，以便进行数据传输和连接的管理。

总之，三次握手是TCP协议用于建立可靠连接的基本过程，其作用在于确保连接的可靠性、完整性和安全性。

3.ISN是固定的吗

ISN（Initial Sequence Number）是随机生成的，通常由操作系统的伪随机数生成器生成。因此，每次建立连接时都会生成一个新的ISN。ISN的目的是防止旧连接的混淆和防止恶意连接，因此它需要是随机的、不可预测的。

ISN的长度通常为32位（4字节），因此ISN的取值范围为0~2^32-1。在TCP连接建立的过程中，客户端和服务器分别使用ISN，以确保连接的可靠性和完整性。

需要注意的是，ISN是由操作系统生成的，而不是由应用程序生成的。这意味着在同一台计算机上运行的不同应用程序，它们建立的连接的ISN是不同的。同时，在不同的计算机上生成的ISN也可能不同，这取决于操作系统实现ISN的方式。

4.什么是半连接序列

“半连接序列”是指在TCP三次握手过程中，当服务器收到客户端的SYN包后，它会发送一个SYN+ACK包作为响应，此时连接处于半开状态，即服务器已经准备好接收客户端的数据，但客户端还没有发送ACK包确认连接的建立。

在这种情况下，服务器会等待一段时间（通常称为”半连接超时时间”），等待客户端发送ACK包。如果在规定的时间内没有收到客户端的ACK包，服务器会认为客户端没有接收到SYN+ACK包，进而关闭连接并释放资源。这个过程被称为半连接队列（Half-open queue），其中等待ACK包的连接称为半连接（Half-open connection）。

半连接队列用于存储等待客户端ACK的连接队列。在Linux操作系统中，可以使用netstat命令查看半连接队列的大小。当半连接队列的大小超过一定阈值时，服务器可能会拒绝新的连接请求，以避免资源耗尽。因此，在设计应用程序时需要注意合理设置半连接队列的大小，以确保系统的稳定性和可靠性。

5.三次握手过程中可以携带数据吗

在TCP三次握手的过程中，不会携带应用层数据。三次握手的过程是在TCP协议层进行的，而应用层的数据传输是在TCP连接建立之后进行的。

三次握手的过程中，客户端和服务器之间仅仅交换了一些控制信息，例如序列号、确认号等，用于建立可靠的连接和确认连接的建立。在第三次握手之后，双方的TCP协议都已经确认了连接的建立，可以进行数据传输。

一旦TCP连接建立完成，应用程序就可以使用该连接进行数据传输。在传输数据时，数据会被封装在TCP的数据段中，然后通过TCP连接进行传输。因此，在TCP连接建立完成之前，应用程序不能进行数据传输。

6.三次握手的安全性怎么样

TCP三次握手是一种可靠的连接建立方式，也是一种安全的连接建立方式。它可以确保连接建立时，双方的TCP协议栈都已经认可了对方的身份，从而避免了连接被第三方篡改或冒充的风险。

在TCP三次握手的过程中，第三次握手中的ACK包中的确认号（ACK number）是根据第二次握手中的序列号（Sequence number）加1生成的，这样可以确保双方都能够正确地识别对方的身份和数据传输的正确性。同时，TCP还使用随机的ISN（Initial Sequence Number）来防止重放攻击，这使得攻击者很难猜测序列号，从而防止攻击者模拟另一方进行连接。

虽然三次握手是一种安全可靠的连接建立方式，但在实际应用中，仍然存在一些安全威胁。例如，攻击者可能通过伪造IP地址或端口号等方式进行欺骗或攻击。因此，在实际应用中，还需要使用一些其他的安全机制来保护TCP连接的安全，例如TLS（Transport Layer Security）协议等。

7.三次握手最大的问题是什么

TCP三次握手的最大问题是SYN洪泛攻击（SYN flood attack）。SYN洪泛攻击是一种常见的网络攻击，攻击者向服务器发送大量的SYN包，但并不发送ACK包来完成连接建立，从而导致服务器的半连接队列满，无法接受新的连接请求，最终导致服务不可用或崩溃。

SYN洪泛攻击利用了TCP三次握手的过程中，服务器需要为每一个收到的SYN包创建一个半连接的特点。当攻击者发送大量的SYN包时，服务器需要为每一个SYN包都创建一个半连接，而由于攻击者不发送ACK包，这些半连接会一直保持，直到超时才会被清除，从而消耗服务器的资源，导致服务器无法正常处理新的连接请求。

为了防止SYN洪泛攻击，可以使用一些防御措施，例如在网络边界处使用防火墙、使用SYN cookie技术、调整半连接队列的大小、限制同一IP地址的连接数量等等。这些措施可以有效地缓解SYN洪泛攻击对服务器的影响。

8.你觉得三次握手还有哪些需要注意的问题

除了SYN洪泛攻击这个已经提到过的问题，TCP三次握手还有一些需要注意的问题，如下：

• 网络延迟：在三次握手的过程中，如果网络延迟较高，可能会导致握手过程较长，影响连接的建立速度。
• 连接队列溢出：如果服务器的半连接队列已满，可能会导致新的连接请求被拒绝。因此，需要合理设置半连接队列的大小，以避免队列溢出。
• 安全性：尽管三次握手是一种安全的连接建立方式，但仍然需要注意其他安全威胁，如中间人攻击、数据篡改等。因此，需要使用其他安全机制来保护连接的安全性。
• 应用层处理：在建立连接之后，应用程序需要正确处理连接的状态和数据传输，以确保数据的可靠性和完整性。

综上所述，TCP三次握手是一种可靠的连接建立方式，但在实际应用中，还需要注意一些细节问题，以确保连接的安全和稳定。

9.TCP建立连接为什么要三次握手而不是两次？

TCP采用三次握手的方式建立连接，而不是两次握手，主要是为了确保连接的可靠性和防止已过期的连接请求报文突然又传送到服务器，从而产生错误。

在两次握手的情况下，客户端发送一个连接请求报文给服务器，服务器接收到后发送一个连接确认报文给客户端，即建立了连接。但是，如果这个连接请求报文在传输过程中丢失，客户端无法收到服务器的确认，会认为连接建立失败，但实际上服务器已经接收到了连接请求并建立了连接。这样就会导致客户端和服务器之间的状态不一致。

通过采用三次握手的方式，可以解决这个问题。在三次握手中，客户端发送连接请求报文给服务器，服务器接收到后发送连接确认报文给客户端，客户端再发送一个确认报文给服务器。这样，客户端和服务器都确认了对方的身份和连接的建立，确保了连接的可靠性和一致性。

10.网络是不可靠的，那建立连接不是会经过三次握手吗？那要是在中途丢了，怎么办？

假设在三次握手的过程中，某个包在传输过程中丢失了。以下是可能发生的情况：

• 如果客户端发送的SYN包丢失，客户端会周期性地重传SYN包，直到收到服务器的ACK包。服务器会等待客户端的SYN包，并在收到后发送SYN+ACK包作为响应。因此，即使SYN包丢失，客户端和服务器仍然可以通过重传来建立连接。

• 如果服务器发送的SYN+ACK包丢失，服务器会周期性地重传SYN+ACK包，直到收到客户端的ACK包。客户端会等待服务器的SYN+ACK包，并在收到后发送ACK包确认连接的建立。因此，即使SYN+ACK包丢失，客户端和服务器仍然可以通过重传来建立连接。

• 如果ACK包丢失，客户端和服务器都会周期性地重传ACK包，直到对方收到。这样可以确保连接的建立和双方的状态同步。

总之，TCP协议通过重传机制来解决在建立连接过程中可能发生的丢包问题，以确保连接的可靠性和稳定性。