1. 程式人生 > >tcp建立連線為什麼需要三次握手

tcp建立連線為什麼需要三次握手

這是一個看似很“簡單”的問題,但貌似並沒有一個官方統一的答案。搜尋了相關的資料,列舉出一些答案。

  • 在《計算機網路》一書中其中有提到,三次握手的目的是“為了防止已經失效的連線請求報文段突然又傳到服務端,因而產生錯誤”,這種情況是:一端(client)A發出去的第一個連線請求報文並沒有丟失,而是因為某些未知的原因在某個網路節點上發生滯留,導致延遲到連線釋放以後的某個時間才到達另一端(server)B。本來這是一個早已失效的報文段,但是B收到此失效的報文之後,會誤認為是A再次發出的一個新的連線請求,於是B端就向A又發出確認報文,表示同意建立連線。如果不採用“三次握手”,那麼只要B端發出確認報文就會認為新的連線已經建立了,但是A端並沒有發出建立連線的請求,因此不會去向B端傳送資料,B端沒有收到資料就會一直等待,這樣B端就會白白浪費掉很多資源。如果採用“三次握手”的話就不會出現這種情況,B端收到一個過時失效的報文段之後,向A端發出確認,此時A並沒有要求建立連線,所以就不會向B端傳送確認,這個時候B端也能夠知道連線沒有建立。(知乎上對上面的解釋的評論:這個解答不是問題的本質,這個課本很多知識比較片面。問題的核心在於保證通道資料傳輸的可靠性,避免資源浪費僅僅是一個小的弱原因,不重要。)
    這裡寫圖片描述

  • 問題的本質是,通道是不可靠的,但是我們要建立可靠的連線傳送可靠的資料,也就是資料傳輸是需要可靠的。在這個時候三次握手是一個理論上的最小值,並不是說是tcp協議要求的,而是為了滿足在不可靠的通道上傳輸可靠的資料所要求的。

我們再來考慮,如果不是三次握手會出現什麼情況呢:

假設有A和B兩端要進行通訊,
1, 第一次:首先A傳送一個(SYN)到B,意思是A要和B建立連線進行通訊;

如果是隻有一次握手的話,這樣肯定是不行的,A壓根都不知道B是不是收到了這個請求。
2, 第二次:B收到A要建立連線的請求之後,傳送一個確認(SYN+ACK)給A,意思是收到A的訊息了,B這裡也是通的,表示可以建立連線;

如果只有兩次通訊的話,這時候B不確定A是否收到了確認訊息,有可能這個確認訊息由於某些原因丟了。
3, 第三次:A如果收到了B的確認訊息之後,再發出一個確認(ACK)訊息,意思是告訴B,這邊是通的,然後A和B就可以建立連線相互通訊了;

這個時候經過了三次握手,A和B雙方確認了兩邊都是通的,可以相互通訊了,已經可以建立一個可靠的連線,並且可以相互發送資料。
4, 第四次:這個時候已經不需要B再發送一個確認訊息了,兩邊已經通過前三次建立了一個可靠的連線,如果再發送第四次確認訊息的話,就浪費資源了。

如果第二個報文段B發出的(SYN+ACK)分別傳送的話,也是可以理解為四次,但是被優化了,一起傳送了。
超時重傳機制,

(1) 如果第一個包,A傳送給B請求建立連線的報文(SYN)如果丟掉了,A會週期性的超時重傳,直到B發出確認(SYN+ACK);
(2) 如果第二個包,B傳送給A的確認報文(SYN+ACK)如果丟掉了,B會週期性的超時重傳,直到A發出確認(ACK);
(3) 如果第三個包,A傳送給B的確認報文(ACK)如果丟掉了,

A在傳送完確認報文之後,單方面會進入ESTABLISHED的狀態,B還是SYN_RCVD狀態
如果此時雙方都沒有資料需要傳送,B會週期性的超時傳送(SYN+ACK),直到收到A的確認報文(ACK),此時B也進入ESTABLISHED狀態,雙方可以傳送資料;
如果A有資料傳送,A傳送的是(ACK+DATA),B會在收到這個資料包的時候自動切換到ESTABLISHED狀態,並接受資料(DATA);
如果這個時候B要傳送資料,B是傳送不了資料的,會週期性的超時重傳(SYN+ACK)直到收到A的確認(ACK)B才能傳送資料。
三次握手牽扯到的狀態轉換

LISTEN 表示socket已經處於listen狀態了,可以建立連線;
SYN_SENT 表示socket在發出connect連線的時候,會首先發送SYN報文,然後等待另一端傳送的確認報文(ACK),表示這端已經發送完SYN報文了;
SYN_RCVD 表示一端已經接收到SYN報文了;
ESTABLISHED 表示已經建立連線了,可以傳送資料了。

這裡寫圖片描述

看了很多答案,只有一個答案提到“兩軍問題”,其他的答案,長篇累牘或者抖機靈感覺都沒回答到點子上。其實兩次四次四十次,在工程上都是可以接受的。如果讓我設計一個非常重要,對可靠性要求很高的通訊協議,我也完全可能採用更多次握手的設計。亦或者涉及對實時性要求很高的通訊,也完全可以設計成不握手(udp)的協議。TCP之所以使用三次握手,完全是一種為了解決“兩軍問題”所採用的折衷的設計。所謂“兩軍問題”,就是紅軍想告訴藍軍明天下午一起對敵開火,那麼紅軍會派信使1號跑過去告訴藍軍,藍軍收到訊息再派信使2號告訴紅軍收到,注意,這時藍軍並不知道紅軍是否收到藍軍的回覆。因此需要紅軍收到回覆再派信使3號告訴藍軍收到回覆,而此時紅軍也不知道藍軍是否收到回覆,因此藍軍收到信使3號的訊息再派信使4號…可以看到,由於資訊有可能丟失,為了保證資訊傳達的確定性,我們需要進行很多次傳遞。互相通訊的次數越多,那麼這個資訊傳遞到的概率就越大。tcp採用三次握手,就是為了儘可能可靠,然而,這也僅是一種選擇。