TCP 三次握手

核心定义

TCP 三次握手 是建立 TCP 可靠连接的过程，三次报文交互序列为：SYN $\to$ SYN+ACK $\to$ ACK。

三次握手的目的：确认双方收发能力、协商初始序号（ISN）、建立可靠连接状态。

三次握手不是”形式主义”，核心必要性在于避免 历史报文 导致错误连接，并让双方都确认对方在线且可通信——本质是完成双向确认。

TCP 是 面向连接 的可靠传输协议，连接建立阶段需要完成状态迁移，三次握手完成后双方进入 ESTABLISHED 状态。

三次握手状态变化：客户端 CLOSED $\to$ SYN-SENT $\to$ ESTABLISHED；服务端 CLOSED $\to$ LISTEN $\to$ SYN-RCVD $\to$ ESTABLISHED。

SYN 洪泛攻击 是攻击者发送大量伪造源 IP 的 SYN 报文，使服务端 半连接队列 耗尽，正常连接无法建立。防御手段包括 SYN Cookie 和调整半连接队列大小。

关键细节 / 操作步骤

1. 第一次握手：客户端发送 SYN=1, seq=x，进入 SYN-SENT 状态，表明请求建立连接并携带客户端初始序号。
2. 第二次握手：服务端返回 SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1，进入 SYN-RCVD 状态，同时确认客户端序号并告知自己的初始序号。
3. 第三次握手：客户端发送 ACK=1, seq=x+1, ack=y+1，进入 ESTABLISHED 状态，确认服务端序号，连接正式建立。
4. 为什么不是两次：两次握手无法让客户端确认服务端已收到自己的确认，且历史旧报文可能被服务端误认为新连接请求，导致资源浪费。
5. 为什么不是四次：SYN 和 ACK 可以合并（第二次握手同时完成确认和发起），因此三次恰好够用。
6. 初始序号（ISN）：双方各自独立随机选择，不能从 0 或固定值开始，是为了防止历史报文序号重叠引发数据混淆。
7. SYN 洪泛攻击判断：题目出现”大量半连接""连接队列满""正常用户连不上”，联系 SYN 洪泛 和 SYN Cookie 防御。
8. 三次握手 vs 四次挥手：握手是建立连接（3 次），挥手是释放连接（4 次，因为 FIN 和 ACK 分开发送）。
9. 若题目问报文语义：SYN 表示”我要建立连接”，ACK 表示”我确认收到了”，两者在第二次握手中合并表达。
10. 若题目问握手后是否立刻传数据：三次握手完成后双方状态同步，可以立即开始数据传输（第三次 ACK 可携带数据）。

⚠️ 易错辨析

• 第三次握手不是多余的：它确认服务端已收到客户端的确认，避免”单向可达”被误判为”连接成功”。反例：若只有两次握手，客户端发的旧 SYN 到达服务端后，服务端分配资源等待，但客户端并不想连接——资源白白浪费。
• 三次握手建立的是连接状态，不代表应用层已开始传输业务数据，但第三次 ACK 可以携带数据。
• SYN 和 ACK 语义不同：SYN 是”请求同步”, ACK 是”确认收到”，不能只记报文顺序而不理解各自作用。
• 初始序号不是从 0 或 1 开始，而是随机生成，目的是安全性（防序号预测攻击）和历史报文隔离。
• 服务端在 SYN-RCVD 状态时已分配资源（半连接），此时若客户端不回 ACK，资源将被占用——这就是 SYN 洪泛攻击的原理。

💡 技巧与口诀

• 口诀：客户端先问（SYN），服务端再答（SYN+ACK），客户端最后确认（ACK）。
• 应用场景：看到”连接建立""初始序号""半连接队列”这些关键词，直接往三次握手和 SYN 状态上靠。
• 解释”三次”的必要性：核心是”双方都要确认对方收到了自己的确认”——两次只能单向确认。
• 区分握手和挥手：握手是建立连接（合并 SYN+ACK），挥手是释放连接（FIN 和 ACK 分开）。

📝 真题闭环 题目：主机 A 向主机 B 发起 TCP 连接，A 的初始序号 seq = 200，B 的初始序号 seq = 500。请写出三次握手过程中每次报文的 seq 和 ack 值，以及每步完成后双方的 TCP 状态。

解题思路：

• 审题抓”三次握手报文参数”，切入点是序号和确认号的变化规则。
• 第一次：A $\to$ B，SYN=1, seq=200, ack=0。A 状态：CLOSED $\to$ SYN-SENT；B 状态：LISTEN。
• 第二次：B $\to$ A，SYN=1, ACK=1, seq=500, ack=201（确认号 = 收到序号 + 1）。B 状态：LISTEN $\to$ SYN-RCVD。
• 第三次：A $\to$ B，ACK=1, seq=201, ack=501。A 状态：SYN-SENT $\to$ ESTABLISHED；B 状态：SYN-RCVD $\to$ ESTABLISHED。
• 关键规则：确认号 ack = 对方 seq + 1（SYN 占一个序号）。

答案：第一次 seq=200, ack=0；第二次 seq=500, ack=201；第三次 seq=201, ack=501。最终双方进入 ESTABLISHED 状态。