TCP 连接与释放相关的核心问题

作者: Gakki0725 | 来源:发表于2022-01-27 16:40 被阅读0次

TCP 为什么要三次握手？

确认双方的收发能力
- 第一次握手：客户端发送网络包，服务端收到了。服务端得出结论是：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。客户端得出的结论：服务端的接收、发送能力，客户端的接收、发送能力是正常的。但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。服务端得出结论：客户端的接收、发送能力正常，服务器自己的发送、接收能力正常。

序列号可靠同步
- 如果是两次握手，服务端无法确认客户端是否已经接收到了自己发送的初始序列号，如果第二次握手报文丢失，那么客户端就无法知道服务端的初始序列号，那 TCP 的可靠性就无从谈起。
阻止重复历史连接的初始化
- 客户端由于某种原因发送了两个不同序号的 SYN 包，我们知道网络环境是复杂的，旧的数据包有可能先到达服务器。如果是两次握手，服务器收到旧的 SYN 就会立刻建立连接，那么会造成网络异常。
- 如果是三次握手，服务器需要回复 SYN + ACK 包，客户端会对比应答的序号，如果发现是旧的报文，就会给服务器发 RST 报文，直到正常的 SYN 到达服务器后才正常建立连接。
- 所以，三次握手才有足够的上下文信息判断当前连接是否是历史连接。
安全问题
- TCP 新建连接时，内核会为连接分配一系列的内存资源，如果采用两次握手就建立连接，那会放大 DDOS 攻击的。
- TCP 作为一种可靠传输控制协议，既要保证数据可靠传输，又要提高传输的效率。所以三次握手就刚好满足上面2个需求。

三次握手可以携带数据吗？

第一次、第二次握手不可以携带数据，而第三次握手可以携带数据。
如果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，那么他每次都在第一次握手中的 SYN 报文中放入大量的数据，疯狂重复发 SYN 报文，这会让服务器花费许多的内存空间来缓存这些报文。这样会导致服务器更容易被攻击。
对于第三次握手，此时客户端已经处于连接状态，他已经知道服务器的接收、发送能力是正常的了。所以携带数据是可以的。

为什么建立连接握手三次，关闭连接时需要是四次呢？

TCP 在建立连接的时候，客户端发送 SYN + ACK 的包是将 SYN 与 ACK 合并到一个包中，所以减少了一次包的发送，三次完成握手。
TCP 是全双工通信，在主动关闭方发送 FIN 包后，接收端可能还要发送数据，不能立即关闭服务端到客户端的数据通道，所以也就不能将服务端的 FIN 包与客户端的 ACK 包合并发送，只能先确认 ACK ，然后服务器等没有数据发送时再发送 FIN 包，所以四次挥手必须时四次数据包的交互。

为什么TIME_WAIT 状态需要经过 2MSL 才能返回到 CLOSE 状态？

MSL ：报文在网络中最大生存时间。在客户端发送对服务端的 FIN 的确认包 ACK 后，这个 ACK 包是有可能不可达的，服务端如果收不到 ACK 的话需要重新发送 FIN 包。所以客户端发送 ACK 后需要留出 2MSL 时间（ ACK 到达服务器 + 服务器发送 FIN 重传包，一来一回）等待确认服务端确实收到了 ACK 包。也就是说客户端如果等待 2MSL 时间也没有收到服务端重传的 FIN ，那么就可以确认服务端已经收到客户端发送的 ACK 。
另外，在客户端发送完最后一个 ACK 报文段后，在经过 2MSL 时间，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文都从网络中消失，使下一个新的连接中不会出现旧连接请求报文。