圖解 TCP 三次握手：一步步構建網絡會話
在互聯網通信中，確保數據傳輸的可靠性至關重要。TCP三次握手的過程正是為了解決這一問題而設計的。在建立連接之前，客戶端和服務器需要確認彼此的存在與準備狀態，以防止因網絡延遲或數據丟失而導致的錯誤。通過三次握手，雙方不僅能夠同步序列號，還能有效地建立穩定的通信鏈路，從而保證后續數據傳輸的順利進行。
TCP基礎認識
讓我們一起來探索一下TCP頭部的格式吧。其中，用顏色標注的部分是與我們討論的主題關系比較密切的字段，而其余部分我們就暫時不深入探討了。
(1) 序列號：在建立連接的過程中，由計算機生成的一個隨機數值被用作初始序列號，并通過SYN數據包傳遞給接收端主機。每當發送數據時，該序列號會根據所發送的數據字節數進行相應的遞增。這種方法有助于解決網絡傳輸中可能出現的數據包亂序問題。
(2) 確認應答號：下次預期接收的數據序列號，即為確認應答（ACK）中所指的序列號。當發送端接收到此確認應答后，可以認為該序列號之前的所有數據均已成功傳輸至接收端。這一機制主要用于解決網絡傳輸過程中可能出現的數據包丟失問題。
(3) 控制位：
- ACK：當這個位是1的時候，「確認應答」就生效了。TCP 規定，除了剛開始建立連接時發送的 SYN 包之外，其他情況下這個位都必須設為1。
- RST：當這個位是1的時候，意味著 TCP 連接出了問題，必須強制斷開。
- SYN：當這個位置是1的時候，就表示想要建立連接，并且會在[序列號]那一欄設定一個起始的序列號。
- FIN：當這個位置為1時，意味著之后不會再發送數據了，想要結束連接。當雙方都完成了通信并且想要斷開連接時，兩臺電腦會互相發送FIN位設為1的TCP數據包。
TCP連接建立
TCP是一種需要先建立連接才能使用的協議。在開始傳輸數據之前，雙方得通過一個叫做“三次握手”的過程來建立起這個連接。具體怎么握手的步驟可以看下面的圖。
1.TCP三次握手過程
一開始，客戶端和服務端都處于CLOSED狀態。先是服務端主動監聽某個端口，處于LISTEN狀態。
第一個報文：SYN報文
客戶端會隨機初始化序號client_isn，將此序號置于TCP 首部的序號字段中，同時把SYN標志位置為1 ，表示SYN 報文。接著把第一個SYN報文發送給服務端，表示向服務端發起連接，該報文不包含應用層數據，之后客戶端處于SYN-SENT狀態。
第二個報文:SYN+ACK報文
服務端收到客戶端的SYN報文后，首先服務端也隨機初始化自己的序號server_isn，將此序號填入TCP首部的序號字段中，其次把TCP首部的確認應答號字段填入client_isn+1, 接著把SYN和ACK標志位置為1。最后把該報文發給客戶端，該報文也不包含應用層數據，之后服務端處于SYN-RCVD狀態。
第三個報文：ACK報文
客戶端收到服務端報文后，還要向服務端回應最后一個應答報文，首先該應答報文TCP首部ACK標志位置為1 ，其次確認應答號字段填入server_isn+1 ，最后把報文發送給服務端，這次報文可以攜帶客戶到服務器的數據，之后客戶端處于ESTABLISHED狀態。
服務器收到客戶端的應答報文后，也進入ESTABLISHED狀態。
通過ENSP搭建一個簡單的實驗環境，如下圖
為了讓大家直觀了解三次握手的過程，以下通過Wireshark抓包軟件，抓取三次握手的數據包。
三次握手數據包
(1) 第一次握手標志位
從標志位看出，同步位有值，在做請求SYN:Syn同步位為1
第一次握手數據包
(2) 第二次握手標志位
從標志位看出，確認位、同步位有值，在做應答SYN+ACK：Syn同步位為1、Acknowledgment 確認位為1。
第二次握手數據包
(3) 第三次握手標志位
從標志位看出，只有確認位有值，在做再次確認SYN：Acknowledgment確認位為1
第三次握手數據包
常見面試題
1.TCP 建立連接為什么要三次握手而不是兩次？
TCP連接需要三次握手，而不是兩次，主要是為了保證兩邊都能順利通信，而且連接穩定。第一次握手時，客戶端告訴服務器想建立連接；第二次握手，服務器回復說它已經準備好接受連接了；第三次握手是客戶端再次確認，確保雙方都已經準備好發送數據了。如果只有兩次握手的話，有時候可能會導致客戶端和服務器之間的情況不對等，造成數據丟失或者連接不穩定的問題。所以，通過三次握手，可以確保兩邊都確認好了，為后面的數據傳輸做好準備。
2.TCP 建立連接為什么要三次握手而不是四次？
TCP用三次握手而不是四次來建立連接，是因為三次已經足夠確認雙方狀態和同步序列號了。第一次握手是客戶端發出請求，第二次握手是服務器回應，第三次握手是客戶端再次確認，這樣就能可靠地建立起連接。如果改成四次握手，反而會增加不必要的等待時間和資源浪費。三次握手既能保證雙方都準備好通信，又能快速有效地完成連接。
3.有一種網絡攻擊是利用了TCP建立連接機制的漏洞，你了解嗎？這個問題怎么解決？
一種利用TCP連接建立過程中潛在安全漏洞的網絡攻擊手段被稱為TCP SYN Flood攻擊。此類攻擊策略性地利用了TCP三次握手協議的特性，通過向目標服務器發送大量SYN（同步序列編號）請求報文，但故意不響應最終的ACK（確認應答）報文來完成握手過程。這種行為會導致目標服務器上開放大量的半開連接狀態，進而消耗其有限的資源，如內存和處理能力，最終使得服務器難以或無法為合法用戶提供服務。
解決方案：
- SYN Cookies：服務器在收到SYN請求時不立即分配資源，而是生成一個加密的SYN Cookie，只有在收到合法的ACK時才會真正建立連接。
- 限制SYN請求速率：通過配置防火墻或入侵檢測系統（IDS）來限制某個IP地址的SYN請求頻率，防止過多請求。
- 使用負載均衡：將流量分散到多個服務器，減少單一服務器的壓力。
- 設置連接超時：調整服務器的連接超時設置，減少等待狀態的持續時間。
