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TCP为什么是三次握手，而不是二次？

news 2025/5/24 16:07:58

为什么需要三次握手？

想象一下，你要给远方的朋友寄一份重要文件。你会怎么做？

普通人的做法： 直接扔进邮箱，祈祷别丢了
聪明人的做法： 先打电话确认地址，再发快递，最后确认收到

TCP的三次握手就是"聪明人的做法"。在茫茫网络中，两台计算机要建立可靠连接，必须先"对暗号"，确保双方都准备好了，才能开始传输重要数据。

什么是三次握手？

三次握手（Three-Way Handshake） 是TCP协议建立连接的标准流程，就像两个人见面前的三句对话：

第一次握手： “你好，我是小明，能听到吗？”
第二次握手： “听到了，我是小红，你能听到我吗？”
第三次握手： “能听到，咱们开始聊吧！”

这三步走完，双方就确认了：

我能发消息给你 ✓
你能发消息给我 ✓
我们都准备好了 ✓

生活中随处可见的握手

浏览器访问网站

当你在浏览器输入 www.bd.com 时：

你的浏览器 → 百度服务器："我想访问你的网站"
百度服务器 → 你的浏览器："可以，我准备好了，你准备好了吗？"
你的浏览器 → 百度服务器："我也准备好了，开始传输网页吧！"

手机App联网

打开微信、抖音等App时，底层都在进行三次握手：

App客户端发起连接请求
服务器确认并询问客户端状态
客户端确认，开始数据传输

在线游戏连接

玩王者荣耀时的"正在连接服务器"，实际上就是三次握手在工作！

深入理解握手机制

核心流程图解

在这里插入图片描述

关键参数解析

SYN (Synchronize)：同步标志位

SYN=1 表示这是一个连接请求或连接确认报文

ACK (Acknowledgment)：确认标志位

ACK=1 表示确认号字段有效

seq（序列号）：数据包的序号

用于保证数据传输的顺序性

ack（确认号）：期望收到的下一个数据包序号

ack = 收到的seq + 1

状态变迁详解

客户端状态变化：
CLOSED → SYN_SENT → ESTABLISHED服务端状态变化：  
CLOSED → LISTEN → SYN_RECEIVED → ESTABLISHED

扩展篇：深度思考

为什么是三次，不是两次或四次？

两次握手的问题：

场景：网络延迟导致的重复连接请求1. 客户端发送连接请求A（因网络问题延迟）
2. 客户端以为失败，重新发送请求B
3. 服务端先收到B，建立连接，正常通信后关闭
4. 延迟的请求A到达，服务端又建立连接
5. 但客户端已经不需要了，造成资源浪费！

三次握手解决方案：
第三次握手让客户端确认这是自己想要的连接，避免了旧连接请求造成的问题。

四次握手： 没必要，三次已经足够确认双方通信能力。

三次握手的安全漏洞

SYN洪水攻击（SYN Flood）：

// 攻击原理模拟（仅用于理解，切勿用于实际攻击）
for(int i = 0; i < 10000; i++) {// 发送大量SYN请求，使用虚假IPsendSynPacket(targetServer, fakeIP);// 服务器等待第三次握手，资源被耗尽
}

防护措施：

SYN Cookie技术
连接超时机制
防火墙过滤

代码实现：模拟三次握手

Java Socket实现

客户端代码：

public class TCPClient {public static void main(String[] args) {try {// 创建Socket，这里会自动进行三次握手Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8080);System.out.println("🤝 三次握手完成，连接建立！");// 发送数据PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);out.println("Hello Server!");// 接收响应BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));String response = in.readLine();System.out.println("服务器响应：" + response);socket.close();} catch (IOException e) {System.err.println("连接失败：" + e.getMessage());}}
}

服务端代码：

public class TCPServer {public static void main(String[] args) {try {ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);System.out.println("🚀 服务器启动，等待连接...");while (true) {// accept()方法会完成三次握手的服务端部分Socket clientSocket = serverSocket.accept();System.out.println("🤝 新客户端连接建立！");// 处理客户端请求handleClient(clientSocket);}} catch (IOException e) {System.err.println("服务器错误：" + e.getMessage());}}private static void handleClient(Socket socket) {try {BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);String message = in.readLine();System.out.println("收到消息：" + message);out.println("Hello Client! 消息已收到");socket.close();} catch (IOException e) {System.err.println("处理客户端错误：" + e.getMessage());}}
}

底层原理模拟

// 模拟TCP三次握手的核心逻辑
public class HandshakeSimulator {static class TCPPacket {boolean SYN;boolean ACK;  int seq;int ack;public TCPPacket(boolean syn, boolean ackFlag, int seqNum, int ackNum) {this.SYN = syn;this.ACK = ackFlag;this.seq = seqNum;this.ack = ackNum;}@Overridepublic String toString() {return String.format("SYN=%s, ACK=%s, seq=%d, ack=%d", SYN, ACK, seq, ack);}}public static void main(String[] args) {Random random = new Random();int clientSeq = random.nextInt(1000);int serverSeq = random.nextInt(1000);System.out.println("🌟 TCP三次握手模拟开始");System.out.println("=" * 50);// 第一次握手：客户端发送SYNTCPPacket syn = new TCPPacket(true, false, clientSeq, 0);System.out.println("👤 客户端 → 服务端：" + syn);System.out.println("   含义：我想建立连接，我的初始序号是 " + clientSeq);// 第二次握手：服务端响应SYN+ACKTCPPacket synAck = new TCPPacket(true, true, serverSeq, clientSeq + 1);System.out.println("🔄 服务端 → 客户端：" + synAck);System.out.println("   含义：收到了，我同意连接，我的序号是 " + serverSeq + "，期待你的序号 " + (clientSeq + 1));// 第三次握手：客户端发送ACKTCPPacket ack = new TCPPacket(false, true, clientSeq + 1, serverSeq + 1);System.out.println("✅ 客户端 → 服务端：" + ack);System.out.println("   含义：收到确认，连接建立成功！");System.out.println("=" * 50);System.out.println("🎉 三次握手完成，开始数据传输！");}
}

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Q1: 为什么TCP需要三次握手？

标准答案：
确保双方的发送和接收能力都正常：

第一次：确认客户端发送能力、服务端接收能力
第二次：确认服务端发送能力、客户端接收能力
第三次：确认客户端接收到服务端的确认

加分回答：
防止旧的重复连接请求突然又传送到服务端，避免产生错误连接。

Q2: 三次握手过程中丢包怎么办？

第一次握手丢包： 客户端超时重传SYN
第二次握手丢包： 客户端重传SYN，服务端重传SYN+ACK
第三次握手丢包： 服务端重传SYN+ACK，客户端重传ACK

Q3: 能否设计成两次握手？

不能！ 两次握手无法确认客户端的接收能力，会导致：

服务端无法确认客户端是否收到连接确认
可能建立无效连接，浪费服务端资源
无法防范延迟连接请求的问题

Q4: SYN攻击的原理和防护？

攻击原理：

攻击者发送大量SYN请求 → 服务端维护大量半连接 → 
资源耗尽 → 无法处理正常请求

防护策略：

SYN Cookie： 不保存连接状态，通过算法验证
超时机制： 快速清理无效连接
连接限制： 限制单IP连接数

Q5: 握手过程中的序列号有什么作用？

核心作用：

防重放攻击： 每次连接使用不同的初始序号
保证顺序： 确保数据包按正确顺序组装
可靠传输： 配合确认号实现重传机制

实战应用：优化连接性能

连接池优化

// 使用连接池避免频繁握手
HikariConfig config = new HikariConfig();
config.setMaximumPoolSize(20);  // 维护20个连接
config.setMinimumIdle(5);       // 最少保持5个空闲连接
HikariDataSource dataSource = new HikariDataSource(config);// 这样就避免了每次数据库操作都要三次握手

Keep-Alive机制

// HTTP Keep-Alive复用TCP连接
HttpURLConnection connection = (HttpURLConnection) url.openConnection();
connection.setRequestProperty("Connection", "keep-alive");
// 一次握手，多次请求！