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趣讲TCP三次握手

article 2025/2/28 11:36:16

一、TCP三次握手简介

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。在TCP连接中，只有两方进行通信，它使用校验和、确认和重传机制来保证数据的可靠传输。

二、三次握手过程

1.第一次握手（SYN）

客户端向服务器发送一个SYN（同步序列编号）标志位的TCP数据包，请求建立连接。这个数据包中包含了客户端的初始序列号（ISN）。

2.第二次握手（SYN+ACK）

服务器收到客户端的SYN请求后，会回复一个带有SYN和ACK（确认）标志位的数据包，称为SYN-ACK响应。这个响应中，服务器确认了客户端的SYN请求，并指定了服务器的初始序列号（ISN）。同时，服务器还会对客户端的初始序列号进行确认，即发送一个确认号（ACK号），表示已经收到客户端发送的序列号加1的数据。

3.第三次握手（ACK）

客户端收到服务器的SYN-ACK响应后，会发送一个带有ACK标志位的数据包，表示确认了服务器的响应。这个ACK数据包中，客户端会确认收到了服务器的SYN响应，并指定了下一个要发送的序列号（即服务器的初始序列号加1）。至此，三次握手完成，TCP连接建立成功，双方可以开始进行数据传输。

三、为什么需要三次握手

1.三次握手原因

三次握手的主要目的是为了确保双方的发送和接收能力都正常，防止已失效的连接请求报文突然又传送到服务器，从而产生错误。通过三次握手，可以告知对方自己的初始序号值，并确认收到对方的初始序号值。

第一次握手：客户端向服务器端发送报文，证明客户端的发送能力正常。
第二次握手：服务器端接收到报文并向客户端发送报文，证明服务器端的接收和发送能力正常。
第三次握手：客户端向服务器发送报文，证明客户端的接收能力正常。

这样，三次握手确保了双方都准备好进行数据传输，从而可以愉快地进行通信了。

2.无三次握手示例

如果没有三次握手，TCP连接将无法建立，因为三次握手确保了双方都准备好发送和接收数据。下面我将提供一个简化的示例，展示如果没有三次握手，客户端和服务器之间的通信可能会出现的问题。

2.1服务器端代码（没有三次握手）

import socket

def main():
    # 创建 socket 对象
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

    # 获取本地主机名
    host = socket.gethostname()
    port = 9999

    # 绑定端口号
    server_socket.bind((host, port))

    # 设置最大连接数，超过后排队
    server_socket.listen(5)
    print("服务器启动，等待连接...")

    while True:
        # 建立客户端连接
        client_socket, addr = server_socket.accept()
        print(f"连接地址: {str(addr)}")

        # 直接发送数据，没有等待客户端的确认
        client_socket.send(b'你好，客户端！')

        # 关闭连接
        client_socket.close()

if __name__ == "__main__":
    main()

2.2客户端代码（没有三次握手）

import socket
import time

def main():
    # 创建 socket 对象
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

    # 获取本地主机名
    host = socket.gethostname()
    port = 9999

    # 连接到服务器，指定主机和端口
    client_socket.connect((host, port))

    # 等待一段时间，模拟没有发送SYN和等待服务器的SYN+ACK
    time.sleep(2)

    # 接收数据，但由于没有完成三次握手，服务器可能还没有准备好发送数据
    data = client_socket.recv(1024)
    if data:
        print(f"来自服务器的消息：{data.decode()}")
    else:
        print("没有收到任何数据")

    # 关闭连接
    client_socket.close()

if __name__ == "__main__":
    main()

2.3可能出现的问题

数据丢失：在客户端尝试接收数据之前，服务器可能还没有准备好发送数据，或者服务器在客户端准备好接收之前就已经发送了数据。这可能导致客户端接收不到任何数据。
连接不稳定：由于没有进行三次握手，客户端和服务器之间的连接可能不稳定，容易出现断开连接的情况。
数据乱序：没有三次握手，就无法确保数据的顺序和完整性，可能导致数据乱序或丢失。
重复数据：如果客户端或服务器在没有确认对方已准备好的情况下发送数据，可能会导致重复发送数据。

这些代码示例仅用于说明没有三次握手可能导致的问题，实际应用中，TCP协议会自动处理三次握手的过程，开发者不需要手动实现。在实际编程中，我们通常使用高级的网络库，这些库已经为我们处理了这些底层的细节。

四、三次握手示例代码

1.服务器端代码（Server.py）

import socket

# 创建 socket 对象
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 获取本地主机名
host = socket.gethostname()
port = 9999

# 绑定端口号
server_socket.bind((host, port))

# 设置最大连接数，超过后排队
server_socket.listen(5)

while True:
    # 建立客户端连接
    client_socket, addr = server_socket.accept()
    print(f"连接地址: {str(addr)}")

    # 接收小于 1024 字节的数据
    data = client_socket.recv(1024).decode()
    print(f"收到消息：{data}")

    # 发送数据
    client_socket.send(b'服务器收到消息')

    # 关闭连接
    client_socket.close()

2.客户端代码（Client.py）

import socket

# 创建 socket 对象
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 获取本地主机名
host = socket.gethostname()
port = 9999

# 连接到服务器，指定主机和端口
client_socket.connect((host, port))

# 发送数据
client_socket.send(b'你好，服务器！')

# 接收小于 1024 字节的数据
data = client_socket.recv(1024)
print(f"来自服务器的消息：{data.decode()}")

# 关闭连接
client_socket.close()