TCP/IP学习笔记（二）TCP三次握手
TCP是一種面向連接的流傳輸協議，提供了對數據傳輸時的各種控制功能，比如
- 當丟包時可以重新發送
- 即使數據到達順序錯亂也可以保證數據的有序性
由于TCP是面向連接的協議，所以必須在確定通信對端存在時才會發送數據，即三次握手。
好比于A和B打電話，電話撥通后
A對B說:”你好，我是A，你能聽見我說話嗎”(第一次握手)
B聽到A的詢問回答說:”你好，我能聽見你說話，你能聽見我說話嗎”(第二次握手)
A聽見B的回復后告訴B說:”我也能聽見你說話”(第三次握手)
此時A和B都已確定對方能夠聽見自己的聲音，即A和B的通訊連接已經建立
三次握手
三次握手主要需要解決以下三個問題
- 要使每一方能夠知道對方的存在
- 要允許雙方協商一些參數（如最大窗口值，是否使用窗口擴大選項和時間戳選項以及服務質量等）
- 能夠對運輸實體資源（如緩存大小，連接表中的項目等）進行分配
三次握手的時序圖如下，其中，客戶端進行主動連接，稱為主動打開(執行connect)，而服務器進行連接請求的接收，稱為被動打開(執行accept)
三次握手流程
第一次握手
- 客戶端調用connect函數，請求連接服務器，并發送連接請求報文段，此時報文首部的同步位SYN = 1，同時選擇一個初始序列號seq = x放在報文段中。此時客戶端狀態變為SYN_SENT，表示同步已發送。
當電話接通后A詢問B:”你能聽見我說話嗎？”
TCP規定，SYN = 1的報文段不能攜帶數據，但是需要消耗一個序列號
第二次握手
- 服務器調用accept函數，當收到客戶端的連接請求后，將收到的報文段記錄在本地（獲取序列號信息），隨后發送自己的報文段，該報文段中的SYN位和ACK位都被置為1，表示既是一個同步報文也是一個應答報文。此外，報文中需要包含自己的初始序列號sqe = y以及希望下次收到的數據的序列號，由于剛才收到的序列號為x，所以下次希望接受的序列號為x + 1。至此服務器狀態變為SYN_RCVD，表示同步已收到。
B回復A說:”我能聽見你說話，你能聽見我說話嗎？”
TCP規定，該報文段也不能攜帶數據，但是也需要消耗一個序列號
第三次握手
- 客戶端收到服務器的報文段后發送確認報文段，該報文段首部ACK確認位被置1，序列號為x + 1，希望下次接收的數據序列號為y + 1。隨后狀態變為ESTABLISHED，connect函數返回。
- 服務器收到客戶端發來的確認報文段，確認連接建立，狀態變為ESTABLISHED，accept函數返回
A聽到B的回復后確認B能聽見自己的聲音，同時告訴B自己也能聽見他的聲音。B聽見A的回復后確認A能聽見自己的聲音，此時雙方可以正常進行通話
文件描述符耗盡時的accept處理
accept會先后執行兩步，任何位置出錯都會直接返回
- 選擇一個空閑的文件描述符充當套接字描述符
- 從TCP緩沖區的連接隊列中取出一個連接請求，創建連接
然而考慮一種極端情況，當服務器本地文件描述符耗盡時，accept在第一步就會出錯返回，根本沒有從緩沖區中取出連接請求。此時如果重新判斷，那么監聽套接字仍然是可讀的，又開始accept，結果又發現耗盡，就會造成死循環。
解決的辦法就是想辦法讓accept正常返回，成功接收請求。可以在服務器初始化時占用一個空閑描述符(通常是打開一個文件)，當出現上述文件描述符耗盡的情況時，釋放占用的描述符，此時就會出現一個空閑描述符，重新調用accept函數后會正常返回，然后再顯示關閉連接，重新打開文件占用空閑描述符
以打電話為例解釋二/三/四次握手
二次握手
A：你好，我是A，你能聽見我說話嗎
B：你好，我能聽見你說話，你能聽見我說話嗎
A：今天跟你談談事情1，balabalalba….
B：你好，我能聽見你說話，你能聽見我說話嗎
A：今天跟你談談事情2，又balabalabala…
B：我tm問你能不能聽見我說話，fuck!
A：今天跟你談談事情3，再balabalabala…
B：…
顯然B無法確定A是否能聽見自己說話，所以會一直詢問。而A已經知道B能聽見自己說話，所以會直接談具體事情，導致無法進行正常交流
三次握手
A：你好，我是A，你能聽見我說話嗎
B：你好，我能聽見你說話，你能聽見我說話嗎
A：我能聽見你說話
B：OK
A：今天跟你談談事情1，balabalabala…
B：噢這個事啊，balabalabala…
A和B都已確定對方能夠聽見自己說話，所以可以進行正常交流
四次握手
A：你好，我是A，你能聽見我說話嗎
B：你好，我能聽見你說話
B：你好，我是B，你能聽見我說話嗎
A：你好，我能聽見你說話
B：OK
A：今天跟你談談事情1，balabalabala…
B：噢這個事啊，balabalabala…
A和B也可以進行正常交流，但是第二三次握手時B完全可以濃縮成”我能聽見你說話，你能聽見我說話嗎”
三次握手抓包分析
下面利用tcpdump命令在linux環境下進行三次握手的抓包分析，通過抓包，可以看到連接過程中一些主要數據的傳輸
在上面的介紹中得知三次握手的過程中會進行如下數據交互（僅考慮序列號，其中A是客戶端，B是服務器）
A->B：SYN同步報文段，帶有起始序列號seq = x
B->A：SYN/ACK同步/確認報文段，帶有起始序列號seq = y以及希望下次接收的序列號ack = x + 1
A->B：ACK確認報文段，對服務器的確認ack = y + 1
首先需要有服務器和客戶端程序，自己敲兩個就行，然后啟動tcpdump命令
- -S表示顯示的序列號是絕對值，而不是相對值
- -i lo指定網絡接口，可以通過ifconfig命令查看接口
- tcp表示只抓取tcp數據包
- port 9999指定抓取端口，這里假設服務器監聽9999端口
隨后運行服務器和客戶端，觀察tcpdump命令輸出
輸出結果分為三行，分別對應每一次握手，可以看到
- 客戶端發送給服務器的SYN同步報文段中包含自己的起始序列號2360165387
- 服務器發送給客戶端的SYN/ACK報文段中包含自己的起始序列號2184124889以及希望下次從客戶端接收的序列號2360165388（可以看到正是第一次握手發送的序列號加一，因為SYN報文段占用了一個序列號）
- 客戶端發送給服務器ACK報文段中包含希望下次從服務器接收的序列號2184124890，可以看到同樣是服務器上次傳送的序列號加一
總結
以上是生活随笔為你收集整理的TCP/IP学习笔记（二）TCP三次握手的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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