说说 TCP 的三次握手？

dj_master

于 2025-08-01 10:24:16 发布

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文章标签： tcp/ip 网络网络协议

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_43521001/article/details/149827368

TCP 的三次握手（Three-Way Handshake）是建立 TCP 连接的核心过程，通过三次数据包交互，确保通信双方的发送和接收能力正常，并协商初始序列号（用于后续可靠传输）。这一机制是 TCP 实现“面向连接”和“可靠传输”的基础。

一、三次握手的本质：确认双方通信能力

TCP 是“面向连接”的协议，通信前必须先建立连接。三次握手的核心目的是：

让客户端和服务器互相确认对方的发送和接收能力正常（避免一方能发不能收，或能收不能发）。
协商初始序列号（ISN，Initial Sequence Number），为后续数据传输的可靠性（按序、去重、确认）奠定基础。

二、三次握手的详细过程

三次握手涉及三个关键数据包（均为 TCP 协议的控制报文，不携带业务数据），双方状态变化如下：

1. 第一次握手：客户端 → 服务器（发起连接请求）

客户端行为：
客户端（如浏览器、Java 客户端）创建 Socket 时，向服务器发送 SYN 报文（同步报文段，SYN=1），并生成自己的初始序列号 seq = x（随机生成的 32 位整数）。
客户端状态从 CLOSED 变为 SYN_SENT（等待服务器确认）。
报文内容：
SYN=1, seq=x

2. 第二次握手：服务器 → 客户端（确认请求并发起同步）

服务器行为：
服务器（如 Java ServerSocket）收到 SYN 报文后，确认“客户端能发，服务器能收”。
服务器回复 SYN + ACK 报文：
- SYN=1：表示服务器也向客户端发起同步，生成自己的初始序列号 seq = y（随机生成）。
- ACK=1：表示确认收到客户端的 SYN，确认号 ack = x + 1（期望下次收到客户端从 x+1 开始的数据）。
  服务器状态从 LISTEN 变为 SYN_RCVD（等待客户端确认）。
报文内容：
SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1

3. 第三次握手：客户端 → 服务器（确认服务器同步）

客户端行为：
客户端收到 SYN + ACK 报文后，确认“服务器能收、能发”。
客户端回复 ACK 报文，确认号 ack = y + 1（期望下次收到服务器从 y+1 开始的数据），序列号 seq = x + 1（遵循 TCP 序列号递增规则）。
客户端状态从 SYN_SENT 变为 ESTABLISHED（连接建立，可传输数据）。
服务器行为：
服务器收到 ACK 报文后，确认“客户端能收”，状态从 SYN_RCVD 变为 ESTABLISHED。
报文内容：
ACK=1, seq=x+1, ack=y+1

三、为什么需要三次握手？（核心原因）

三次握手是为了避免“无效连接请求”导致服务器资源浪费，同时确保双方通信能力完整。

若仅两次握手：
假设客户端发送的第一个 SYN 报文因网络延迟滞留，客户端超时后重新发送 SYN 并完成两次握手建立连接。通信结束后，滞留的 SYN 报文到达服务器，服务器会误认为是新的连接请求，再次建立连接并分配资源（如端口、缓冲区），但客户端实际不会使用该连接，导致服务器资源浪费。
三次握手的必要性：
第三次握手让服务器确认“客户端已收到自己的 SYN + ACK”，确保客户端是“活跃”的，从而避免为无效请求分配资源。同时，三次交互完整确认了双方的“发送-接收”能力：
- 第一次：服务器确认“客户端能发，服务器能收”。
- 第二次：客户端确认“服务器能收、能发”。
- 第三次：服务器确认“客户端能收”。

四、三次握手的关键细节

初始序列号（ISN）的随机性：
ISN 不是固定的 0 或 1，而是随机生成的（通常随时间递增），目的是防止序列号猜测攻击（攻击者伪造数据包时难以猜对正确序列号）。
SYN 报文的消耗：
SYN 报文会消耗一个序列号（如客户端发送 seq=x 后，下一个序列号是 x+1），而 ACK 报文不消耗序列号（仅确认对方的序列号）。
半连接队列：
服务器在第二次握手后（状态 SYN_RCVD），会将连接放入“半连接队列”，直到收到第三次握手的 ACK 后，才移至“全连接队列”（ESTABLISHED 状态）。若半连接队列满，服务器可能丢弃新的 SYN 请求（导致客户端连接失败）。

五、Java 中三次握手的体现（代码与现象）

Java 中通过 Socket 和 ServerSocket 实现 TCP 连接，三次握手由底层操作系统自动完成，开发者无需手动处理，但可通过代码观察连接建立过程：

示例：Java 客户端与服务器建立 TCP 连接

// 服务器端
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class HandshakeServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1. 启动服务器，监听端口 8080（状态：LISTEN）
        try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080)) {
            System.out.println("服务器启动，等待连接...");
            
            // 2. 阻塞等待客户端连接（三次握手在此过程中完成）
            Socket clientSocket = serverSocket.accept(); 
            System.out.println("客户端已连接：" + clientSocket.getInetAddress());
            
            // 3. 连接建立后（状态：ESTABLISHED），可进行数据传输
            // ...
        }
    }
}

// 客户端
import java.net.Socket;

public class HandshakeClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1. 发起连接（触发三次握手）
        System.out.println("发起连接请求...");
        Socket socket = new Socket("localhost", 8080); // 三次握手完成后返回
        
        // 2. 连接建立（状态：ESTABLISHED）
        System.out.println("连接已建立，服务器地址：" + socket.getInetAddress());
        
        // ...
    }
}