002: 说说 TCP 三次握手的过程?为什么是三次而不是两次、四次?
恋爱模拟
以谈恋爱为例,两个人能够在一起最重要的事情是首先确认各自爱和被爱的能力。接下来我们以此来模拟三次握手的过程。
第一次:
男: 我爱你。
女方收到。
由此证明男方拥有爱
的能力。
第二次:
女: 我收到了你的爱,我也爱你。
男方收到。
OK,现在的情况说明,女方拥有爱
和被爱
的能力。
第三次:
男: 我收到了你的爱。
女方收到。
现在能够保证男方具备被爱
的能力。
由此完整地确认了双方爱
和被爱
的能力,两人开始一段甜蜜的爱情。
真实握手
当然刚刚那段属于扯淡,不代表本人价值观,目的是让大家理解整个握手过程的意义,因为两个过程非常相似。对应到 TCP 的三次握手,也是需要确认双方的两样能力: 发送的能力
和接收的能力
。于是便会有下面的三次握手的过程:
从最开始双方都处于CLOSED
状态。然后服务端开始监听某个端口,进入了LISTEN
状态。
然后客户端主动发起连接,发送 SYN , 自己变成了SYN-SENT
状态。
服务端接收到,返回SYN
和ACK
(对应客户端发来的SYN),自己变成了SYN-REVD
。
之后客户端再发送ACK
给服务端,自己变成了ESTABLISHED
状态;服务端收到ACK
之后,也变成了ESTABLISHED
状态。
另外需要提醒你注意的是,从图中可以看出,SYN 是需要消耗一个序列号的,下次发送对应的 ACK 序列号要加1,为什么呢?只需要记住一个规则:
凡是需要对端确认的,一定消耗TCP报文的序列号。
SYN 需要对端的确认, 而 ACK 并不需要,因此 SYN 消耗一个序列号而 ACK 不需要。
为什么不是两次?
根本原因: 无法确认客户端的接收能力。
分析如下:
如果是两次,你现在发了 SYN 报文想握手,但是这个包滞留在了当前的网络中迟迟没有到达,TCP 以为这是丢了包,于是重传,两次握手建立好了连接。
看似没有问题,但是连接关闭后,如果这个滞留在网路中的包到达了服务端呢?这时候由于是两次握手,服务端只要接收到然后发送相应的数据包,就默认建立连接,但是现在客户端已经断开了。
看到问题的吧,这就带来了连接资源的浪费。
为什么不是四次?
三次握手的目的是确认双方发送
和接收
的能力,那四次握手可以嘛?
当然可以,100 次都可以。但为了解决问题,三次就足够了,再多用处就不大了。
三次握手过程中可以携带数据么?
第三次握手的时候,可以携带。前两次握手不能携带数据。
如果前两次握手能够携带数据,那么一旦有人想攻击服务器,那么他只需要在第一次握手中的 SYN 报文中放大量数据,那么服务器势必会消耗更多的时间和内存空间去处理这些数据,增大了服务器被攻击的风险。
第三次握手的时候,客户端已经处于ESTABLISHED
状态,并且已经能够确认服务器的接收、发送能力正常,这个时候相对安全了,可以携带数据。
同时打开会怎样?
如果双方同时发 SYN
报文,状态变化会是怎样的呢?
这是一个可能会发生的情况。
状态变迁如下:
在发送方给接收方发SYN
报文的同时,接收方也给发送方发SYN
报文,两个人刚上了!
发完SYN
,两者的状态都变为SYN-SENT
。
在各自收到对方的SYN
后,两者状态都变为SYN-REVD
。
接着会回复对应的ACK + SYN
,这个报文在对方接收之后,两者状态一起变为ESTABLISHED
。
这就是同时打开情况下的状态变迁。