TCP协议的3次握手

TCP

TCP（全称：Transmission Control Protocol）是计算机网络中用于设备间通信的传输层协议的一种，它是面向连接的传输协议，
还提供了各种机制保证传输过程的可靠性，包括错误检查，流量控制等机制。

3次握手

要清晰理解3次握手的过程，先来想2个问题：

1. 3次握手的目的是什么？
2. 通过什么保证握手过程客户端和服务端相互理解？

目的

目的？TCP是面向连接的，所以很明显，3次握手的目的是建立连接。

通过什么数据(或信息)使得客户端和服务端相互理解并成功建立连接？

既然是建立连接，那自然需要沟通，3次握手就是3次沟通的过程，在这个沟通的过程中建立起连接。既然有沟通就需要消息承载沟通信息。

首先了解下TCP报文首部字段 (拷贝来源)

• 16位端口号：源端口号，主机该报文段是来自哪里；目标端口号，要传给哪个上层协议或应用程序
• 32位序号：一次TCP通信（从TCP连接建立到断开）过程中某一个传输方向上的字节流的每个字节的编号。
• 32位确认号：用作对另一方发送的tcp报文段的响应。其值是收到的TCP报文段的序号值加1。
• 4位头部长度：表示tcp头部有多少个32bit字（4字节）。因为4位最大能标识15，所以TCP头部最长是60字节。
• 6位标志位：URG(紧急指针是否有效)，ACK（表示确认号是否有效），PSH（缓冲区尚未填满），RST（表示要求对方重新建立连接），SYN（建立连接消息标志接），FIN（表示告知对方本端要关闭连接了）
• 16位窗口大小：是TCP流量控制的一个手段。这里说的窗口，指的是接收通告窗口。它告诉对方本端的TCP接收缓冲区还能容纳多少字节的数据，这样对方就可以控制发送数据的速度。
• 16位校验和：由发送端填充，接收端对TCP报文段执行CRC算法以检验TCP报文段在传输过程中是否损坏。注意，这个校验不仅包括TCP头部，也包括数据部分。这也是TCP可靠传输的一个重要保障。
• 16位紧急指针：一个正的偏移量。它和序号字段的值相加表示最后一个紧急数据的下一字节的序号。因此，确切地说，这个字段是紧急指针相对当前序号的偏移，不妨称之为紧急偏移。TCP的紧急指针是发送端向接收端发送紧急数据的方法。

注意6位标志位的描述。对于3次握手和4次挥手，我们只关注以下3个：

• SYN -> Synchronize的缩写，表示请求初始化或建立连接
• ACK -> Acknowledgement的缩写，表示确认收到请求消息数据
• FIN -> Final的缩写，请求终止一个连接

数据包头部字段：

• seq -> Sequence number, 序列号，用于沟通并确保消息顺序的
• ack -> Acknowledge number，是对上一个包的序号进行确认的号，ack = seq + 1

过程示意图：

经过3次握手建立连接：

• 第一次握手

Client将SYN设置为1，并随意生成一个序列号值为x(seq = x)，包装好数据包发送至Server，进入等待Server确认状态。

• 第二次握手

Server收到SYN消息，知道Client想建立连接，并作出回应。SYN和ACK设置为1，ack number = x + 1，随机产生一个序列号y给seq，包装数据包发送给Client，Server进入已接受并回应状态。

• 第三次握手

Client收到Server的确认回应后，拿到确认回应的数据，检查对应的数据是否正确：

1. ack 是否为 x+1
2. ACK 是否和Client请求时一致

经过上面数据检查通过后，同样需要给Server发送确认回应消息，Server再收到回应消息同样做以上2步检查。
如果检查通过，则连接建立成功。Client和Server进入ESTABLISHED状态。完成3次握手。接下来可以相互开始传输数据了。

参考链接

TCP 3-Way Handshake Process
Understanding TCP Sequence and Acknowledgment Numbers