关于三次握手与四次挥手的考点详解(转发)

最新推荐文章于 2022-06-23 14:53:29 发布

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前言

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注：原文中有几处错误，在本文中已经尽量更正，并且在关键地方加上了强调字体，如果屏幕前的您还发现什么错误，欢迎在评论区进行评论，同时依旧向原作者表示感谢！

三次握手

常见面试题：
1）为什么需要有三次握手？
2）三次握手的作用是什么？
需要三次握手才能确认双方的接收与发送能力是否正常

为啥只有三次握手才能确认双方的接受与发送能力是否正常，而两次却不可以：

第一次握手：客户端发送网络包，服务端收到了。这样服务端就能得出结论：客户端的发送能力、服务端的接收能力是正常的。
第二次握手：服务端发包，客户端收到了。这样客户端就能得出结论：服务端的接收、发送能力，客户端的接收、发送能力是正常的。不过此时服务器并不能确认客户端的接收能力是否正常。
第三次握手：客户端发包，服务端收到了。这样服务端就能得出结论：客户端的接收、发送能力正常，服务器自己的发送、接收能力也正常。

三次握手的过程应该回答得更详细一点，因为 三次握手的过程中，双方是有很多状态的改变的，而这些状态，也是面试官可能会问的点。详细的描述如下所示：
刚开始客户端处于CLOSED的状态，服务端处于LISTEN状态。然后：
1）第一次握手：客户端给服务端发一个SYN报文，并指明客户端的初始化序列号ISN(c)。此时客户端处于SYN_SENT状态。
2）第二次握手：服务器收到客户端的SYN报文之后，会以自己的SYN报文作为应答，并且也是指定了自己的初始化序列号ISN(s)，同时会把客户端的ISN+1作为ACK的值，表示自己已经收到了客户端的SYN，此时服务器处于SYN_RCVD的状态。
3）第三次握手：客户端收到SYN报文之后，会发送一个ACK报文，也是一样把服务器的ISN+1作为ACK的值，表示已经收到了服务端的SYN报文，此时客户端处于ESTABLISHED状态。
4）服务器收到ACK报文之后，也处于ESTABLISHED状态，此时，双方便建立起了链接。
三次握手的作用：
1）确认双方的接收能力、发送能力是否正常。
2）指定自己的初始化序列号，为后面的可靠传送做准备。
3）如果是https协议的话，三次握手这个过程还会进行数字证书的验证以及加密秘钥的生成等。
关于“三次握手”知识点的延伸面试题：
1）(ISN)是固定的吗？
三次握手的一个重要功能是客户端和服务端交换ISN(Initial Sequence Number)，以便让对方知道接下来接收数据的时候如何按序列号组装数据。
如果ISN是固定的，攻击者很容易猜出后续的确认号，因此ISN是动态生成的。
2）什么是半连接队列？
服务器第一次收到客户端的SYN之后，就会处于SYN_RCVD状态，此时双方还没有完成建立起连接，服务器会把此种状态下请求连接放在一个队列里，我们把这种队列称之为半连接队列。当然还有一个全连接队列，就是已经完成三次握手，建立起连接的就会放在全连接队列中。如果队列满了就有可能会出现丢包现象。
3）三次握手过程中可以携带数据吗？
第一次、第二次握手不可以携带数据，而第三次握手是可以携带数据的。
为什么会这样呢？假如第一次握手可以携带数据的话，如果有人要恶意攻击服务器，那他每次都在第一次握手中的SYN报文中放入大量的数据，因此攻击者根本就不理服务器的接收、发送能力是否正常，然后疯狂的重复发SYN报文的话，会让服务器花费很多时间、内存空间来接收这些报文。也就是说，第一次握手可以放数据的话，会让服务器更加容易受到攻击。
而对于第三次的话，此时客户端已经处于ESTABLISHED状态，也就是说，对于客户端来说，它已经建立起连接了，并且也已经知道服务器的接收、发送能力是正常的了，所以能携带数据。

四次挥手

刚开始双方都处于ESTABLISHED状态，假如是客户端先发起关闭请求，则：
1）第一次挥手：客户端发送一个FIN报文，报文中会指定一个序列号。此时客户端处于FIN_WAIT-1状态。
2）第二次挥手：服务端收到FIN之后，会发送ACK报文，且把客户端的序列号值+1作为ACK报文的序列号值，表明已经收到客户端的报文了，此时服务端处于CLOSE_WAIT状态。
3）第三次挥手：如果服务端也想断开连接了，和客户端的第一次挥手一样，发送给客户端一个FIN报文，且指定一个序列号。此时服务端处于LAST_ACK的状态。
4）第四次挥手：客户端收到FIN之后，同样发送一个ACK报文作为应答，且把服务端的序列号值+1作为自己ACK报文的序列号值，此时客户端处于TIME_WAIT状态。需要过一阵子以确保服务端收到自己的ACK报文之后才会进入CLOSED状态。
5）服务端收到ACK报文之后，就处于关闭连接的CLOSED状态了。
“TIME_WAIT”这个状态是面试的高频考点，就是要理解：为什么客户端发送ACK之后不直接关闭，而是要等一阵子才关闭。这其中的原因是：要确保服务器是否已经收到了客户端发送的ACK报文，如果没有收到的话，服务器会重新发FIN报文给客户端，客户端再次收到FIN报文之后，就知道之前的ACK报文丢失了，然后再次发送ACK报文。
“TIME_WAIT”状态持续的时间至少是一个报文的来回时间。一般会设置一个计时，如果过了这个计时没有再次收到FIN报文，则代表对方成功收到ACK报文，此时客户端进入CLOSED状态。

补充

SYN-ACK重传次数的问题：
服务器发送完SYN-ACK包，如果未收到客户确认包，服务器进行首次重传，等待一段时间仍未收到客户确认包，进行第二次重传，如果重传次数超过系统规定的最大重传次数，系统将该连接信息从半连接队列中删除。注意，每次重传等待的时间不一定相同，一般会是指数增长，例如间隔时间为1s，2s，4s，8s…
三次握手四次挥手中各个状态所包含的含义：
1）LISTEN-监听来自远方TCP端口的连接请求
2）SYN-SENT-在发送连接请求后等待匹配的连接请求
3）SYN-RECEIVED-在收到和发送一个连接请求后等待对连接请求的确认
4）ESTABLISHED-代表一个打开的连接，数据可以传送给用户
5）FIN-WAIT-1-等待远程TCP的连接中断请求，或先前的连接中断请求的确认
6）FIN-WAIT-2-从远程TCP等待连接中断请求
7）CLOSE-WAIT-等待从本地用户发来的连接中断请求
8）CLOSING-等待远程TCP对连接中断的确认
9）LAST-ACK-等待原来发向远程TCP的连接中断请求的确认
10）TIME-WAIT-等待足够的时间以确保远程TCP接收到连接中断请求的确认
11）CLOSED-没有任何连接状态。