TCP连接建立：为什么是三次握手？

接下来，以三个方面分析三次握手的原因：

1、三次握手才可以阻止重复历史连接的初始化（主要原因）

2、三次握手才可以同步双方的初始化序列号

3、三次握手才可以避免资源浪费

原因一：避免历史连接

        简单来说，三次握手的首要原因是为了防止旧的重复连接初始化造成混乱。

        我们考虑个场景，客户端发送了SYN（seq=90）报文，然后客户端宕机了，而且这个SYN报文还被网络阻塞了，服务端并没有收到，接着客户端重启后，又重新向服务端建立连接，发送了SYN（seq=100）报文。       

        三次握手是如何阻止历史连接的？

         客户端连续发送多次SYN（都是同一个四元组）建立连接的报文，在网络拥堵情况下：

•   一个旧SYN报文比最新的SYN报文早到达了服务端，那么此时服务端就会回一个SYN+ACK报文给客户端，此报文中的确认号是91（90+1）。
• 客户端收到后，发现自己期望收到的确认号是100+1，而不是90+1，于是就会回RST报文。
• 服务端收到RST报文后，就会释放连接。
• 后续最新的SYN抵达了服务端后，客户端与服务端就可以正常的完成三次握手了。

        上述中的“旧SYN报文”称为历史连接，TCP使用三次握手建立连接的最主要原因就是防止历史连接初始化了连接。

        如果是两次握手连接，就无法阻止历史连接，那为什么TCP两次握手无法阻止历史连接呢？

        因为在两次握手的情况下，服务器没有中间状态给客户端来阻止历史连接，导致服务端可能建立一个历史连接，造成资源浪费。

原因二：同步双方初始序列号

        TCP协议的通信双方，都必须维护一个序列号，序列号是可靠传输的一个关键因素，它的作用：

•   接收方可以去除重复的数据；
• 接收方可以根据数据包的序列号按序接收；
• 可以标识发送出去的数据包中，哪些是已经被对方收到的（通过ACK报文中的序列号知道）；

        可见，序列号在TCP连接中占据着非常重要的作用，所以当客户端发送携带初始序列号的SYN报文的时候，需要服务端回一个ACK应答报文，表示客户端的SYN报文已被服务端成功接收，那当服务端发送初始序列号给客户端的时候，依然也要得到客户端的应答回应，这样一来一回，才能确保双方的初始序列号能被可靠的同步。

        四次握手其实也能够可靠的同步双方的初始化序号，但由于第二步和第三步可以优化成一步，所以就成了三次握手。

原因三：避免资源浪费

        如果服务端发送的SYN报文在网络中阻塞了，重复发送多次SYN报文，那么服务端在收到请求后就会建立多个冗余的无效连接，造成不必要的资源浪费。（缺少中间状态--RST）

总结

        TCP建立连接时，通过三次握手能防止历史连接的建立，能减少不必要的资源开销，能帮助双方同步初始化序列号。序列号能保证数据包不重复、不丢弃和按序传输。

        不使用两次握手和四次握手的原因？

•   两次握手：无法防止历史连接的建立，会造成双方资源的浪费，也无法可靠的同步双方序列号。
• 四次握手：三次握手就已经理论上最少可靠连接建立，所以不需要使用更多的通信次数。