圖解網(wǎng)絡：TCP三次握手背后的原理，為啥兩次握手不可以？
TCP是 Internet 協(xié)議套件的主要協(xié)議之一，它位于應用層和網(wǎng)絡層之間，用于提供可靠的連接服務，是一種面向連接的通信協(xié)議，有助于通過網(wǎng)絡在不同設備之間交換消息。
提到TCP，那么一定就會提到TCP的三次握手，這個是TCP連接核心中的核心，那么TCP三次握手是怎么樣的過程，有什么優(yōu)秀的設計之處呢？
今天瑞哥帶您用圖解的形式好好的解釋一波，讓我們直接開始吧。
什么是TCP？
- 英文全稱：Transmission Control Protocol
- 中文名稱：傳輸控制協(xié)議
TCP是一種面向連接的協(xié)議，可確保將數(shù)據(jù)完整地傳送到其目的地，TCP 首先通過使用 TCP 三向握手與每個主機上的 TCP 端口建立會話，然后它以數(shù)據(jù)包的形式傳輸數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)包都有一個序列號，當在目的地收到數(shù)據(jù)包時，TCP 會向發(fā)送主機生成確認，如果未收到序列中的數(shù)據(jù)包，則發(fā)送主機上的 TCP 在一定時間間隔后重新傳輸數(shù)據(jù)包。
TCP三次握手
TCP 在建立和關閉兩個設備之間的連接期間會發(fā)生 3 次握手過程，也就是建立和關閉連接需要經(jīng)歷三個步驟，下面我們來詳細的了解一下這三個過程。
生活中的三次握手
我們先以生活中的例子形象的說明一下三次握手過程：
生活中的三次握手
小明想打電話給小美，但是不確定對方是不是小美，所以會經(jīng)歷以下過程：
- 小明：你好，請問是小美嗎？【第一次握手】
- 小美：是的，我是小美。【第二次握手】
- 小明：好的，我知道你是小美了。【第三次握手】
經(jīng)歷三次握手后，小明可以可以很明確的確定對方就是小美，非常可靠！
假如只有一次握手，那么小明問完“你好，請問是小美嗎？”，小明壓根不確定對方有沒有收到這個問候，更不要談對方是否是小美了。
假如只有兩次握手，那么小明收到小美的“是的，我是小美。”的回復后，小美是不知道小明是否收到她的回復，所以接下來她不確定是否要跟電話中詢問她的人通信。
所以三次握手剛剛好。
專業(yè)角度的三次握手
下面我們來看下專業(yè)的三次握手。
三次握手涉及到的專業(yè)名詞
服務端：服務端是專用于運行服務以滿足其他計算機需求的物理計算機
客戶端-服務端
- 客戶端：客戶端是訪問服務器提供的服務的計算機硬件設備或軟件
- SYN：同步序列號（Synchronize Sequence Number），這是從客戶端到服務端的第一個數(shù)據(jù)包，可以描述為建立連接的請求，如果 SYN 為 1，則表示設備要建立安全連接，否則不。
SYN抓包
ACK：確認（Acknowledgement），可以說是SYN的響應，如果 ACK 為 1，則設備已收到 SYN 消息并確認，否則沒有。
ACK抓包
三次握手步驟
三次握手步驟
第一步：客戶端將 SYN 標志設置為 1 將消息發(fā)送到服務端。
第二步：服務端通過將 ACK 標志設置為 1 來確認客戶端請求。
第三步：客戶端收到來自服務端的同步（SYN）后，向服務端發(fā)送確認（ACK）。
從客戶端得到（ACK）后，客戶端和服務端之間建立連接，現(xiàn)在數(shù)據(jù)可以在客戶端和服務器端之間傳輸。
更詳細的過程
三次握手更詳細的過程
第一步：TCP客戶端向服務端發(fā)送 TCP SYN 數(shù)據(jù)包來開始連接，數(shù)據(jù)包包含一個隨機序列號n，它表示客戶端應傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的序列號的開始。
第二步：服務端收到數(shù)據(jù)包，并用它的序列號（m）進行響應，它的響應還包括確認號，即客戶端的序列號加 1，此處為n+1。
第三步：客戶端通過發(fā)送確認號來響應服務器，該確認號是服務端的序列號加 1，此處為m+1.
TCP三次握手抓包分析
再多的理論不經(jīng)過實踐都是徒勞，所以驗證我們理論的最好的方式就是抓包看一下TCP三次握手過程。
TCP三次握手抓包分析
如圖，主機172.16.16.128:2826和主機212.58.226.142:80建立三次握手過程：
- 第一步：主機172.16.16.128:2826向主機212.58.226.142:80發(fā)送[SYN] Seq=0
- 第二步：主機212.58.226.142:80向主機172.16.16.128:2826發(fā)送[SYN,ACK] Seq=0，Ack=1
- 第三步：主機172.16.16.128:2826向主機212.58.226.142:80發(fā)送[ACK] Seq=1，Ack=1
這就是詳細的三次握手報文，我覺得此時此刻，大家可以打開自己的wireshark抓包工具盡情的體驗一下TCP三次握手的神奇之處了。
TCP窗口
大家在看上圖中的wireshark抓包截圖的時候，肯定注意到了Win=8192的字眼，這個就是TCP窗口。
客戶端向服務端發(fā)送一堆數(shù)據(jù)，然后服務端驗證所有數(shù)據(jù)包級別的校驗和并發(fā)送一個ACK數(shù)據(jù)包，表明一切數(shù)據(jù)都已正確接收。
如果沒有收到所有內容，則需要重新傳輸部分或全部數(shù)據(jù)，每個設備都維護一個所有數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，以防需要再次發(fā)送，接收到 ACK 數(shù)據(jù)包意味著設備可以將舊數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)中清除。
TCP 窗口
TCP 窗口就是在接收到 ACK 之前可以發(fā)送的最大字節(jié)數(shù)。
如果網(wǎng)絡不可靠，最好將TCP 窗口設置小一點，這樣，如果出現(xiàn)問題，就不必重新傳輸非常大的數(shù)據(jù)。
TCP還有一個絕佳的設計，那就是滑動窗口，即設備可以動態(tài)更改窗口大小，在擁塞時將窗口縮小，在正常時將窗口放大。
其他參數(shù)
抓包截圖中不僅僅有TCP 窗口，還有其他的參數(shù)：
- MSS(Maximum Segment Size)，最大段大小。
- WS(Windows Scaling)，用于控制最大 TCP 接收窗口大小。
TCP為什么不能二次握手建立連接
我們要知道Server 和 Client 想要建立連接，必須滿足以下四個條件：
- 服務端需要確認服務端可以從客戶端接收數(shù)據(jù)包
- 客戶端需要確認客戶端可以從服務端接收數(shù)據(jù)包
- 客戶端需要確認服務端可以從客戶端接收數(shù)據(jù)包
- 服務端需要確認客戶端可以從服務端接收數(shù)據(jù)包
四個條件看起來很繞，其實說白了就是：
- 小明問：“你好，請問時小美嗎？”：發(fā)送成功后，小明確定可以他從小美接收信息，驗證了第一個條件【服務端需要確認服務端可以從客戶端接收數(shù)據(jù)包】
- 小美回：“是的，我是小美”：發(fā)送成功后，小美確定她可以從小明接收信息，也能確認小明可以從她這邊接收信息，驗證了第二、第三個條件【客戶端需要確認客戶端可以從服務端接收數(shù)據(jù)包】【客戶端需要確認服務端可以從客戶端接收數(shù)據(jù)包】
- 小明回：“好的，我知道你是小美了”：發(fā)送成功后，小明確定可以小美可以從他這邊接收信息，驗證了四個條件【服務端需要確認客戶端可以從服務端接收數(shù)據(jù)包】
TCP 是一種雙向通信協(xié)議，這意味著任何一端都應該能夠可靠地發(fā)送數(shù)據(jù)，所以三次握手剛剛好。
