為什麼知道 TCP handshake 很重要？

• 前端面試必考
• 知道 TCP handshake 過程很複雜，每次建立所要花的時間和代價都很大，可以的話盡量減少 TCP handshake，以減少 network request 時間

為什麼要握手？

在軟體中，handshake 表示一個信號 (signal)，表示 2 台設備或程式要進行身份驗證 (authenticate) or 合作 (coordinate) (詳見 Wiki - Handshake (computing) - Wikipedia )

當我們要握手時，身為 Client 的我們就是希望能與 Server 交互合作，那我們就要先驗明彼此的身份，並確定雙方能有效地交換資料和溝通

三次握手的詳細過程是什麼？

有三次握手的過程，分別是：

1st handshake:

Client 想測試 Server 的接收能力

2nd handshake:

Server 讓 Client 知道：我能成功收到且正確的讀取你的訊息
Server 想測試 Client 的接收能力

3rd handshake:

Client 讓 Server 知道：我能成功收到且正確的讀取你的訊息

這就好比你在路上跟一個女生要了 Line，然後，然後想測試看看你傳訊息「你好」給她，她能不能正常回你，不是用機器人自動回覆「我要去洗澡喔」或是「你幫我去某某某網站幫我衝人氣好嗎？」，然後你也要回傳訊息給她，讓她知道你可以正常地跟她溝通

1st handshake

1st handshake 有 1 個目的：

• Client 想測試 Server 的接收能力

Clinet 發送 SYN segment 給 Server，希望建立連結，並測試 Server 的接收能力

SYN : Synchronize Sequence Numbers，目的為確認雙方 sequence number 相同的資料

傳送的資料：

• 1 SYN segment，其 seq num = x

Client 狀態：CLOSED -> SYN_SENT
Server 狀態：LISTEN -> SYN_RCVD

2nd handshake

2nd handshake 有 2 個目的：

• Server 讓 Client 知道：我能成功收到且正確的讀取你的訊息
• Server 想測試 Client 的接收能力

Server 讓 Client 知道：我能成功收到且正確的讀取你的訊息

Server 接收到 Client 資料，成功讀取後，會傳送另一包資料給 Client，告訴 Client 我成功收到你的資料，”成功“ 在這有 2 個含義：

• 我 ”收到“ Client 的資料
• 我 "正確的讀取" Client 的資料

故 Server 會對應 Client 傳送的資料回傳相關的結果，這裡回傳 ack = seq + 1

傳送的資料：

• 1 ACK segment，其 ack num = x + 1

Server 想測試 Client 的接收能力

跟 1st handshake 的過程一樣，但傳送不同的 sequenceNumber

傳送的資料：

• 1 SYN segment，其 seq num = y

Client 狀態：SYN_SENT -> ESTABLISHED
Server 狀態：SYN_RCVD

3rd handshake

3rd handshake 有 1 個目的：

• Client 讓 Server 知道：我能成功收到且正確的讀取你的訊息

傳送的資料：

• 1 ACK segment， 其 ack num = y + 1

Client 狀態：ESTABLISHED
Server 狀態：SYN_RCVD -> ESTABLISHED

這 3 次 handshake 後，Client 和 Server 就能保證彼此的接收能力都是正常的了

其他問題

為什麼要三次握手，兩次不行嗎？

如果少掉 3rd handshake，Server 就無法確認 Client 的接收能力是正常的，
那就無法穩定的傳輸，TCP protocal 的目的也就沒達成

握手沒成功會怎樣嗎？

若握手沒成功，當 Client 發現 Server 沒有回傳 ACK segment，
就會重發 (retransmission)
重發的次數由 tcp_syn_retries 參數決定，默認是 6 次

net.ipv4.tcp_syn_retries = 6

重試的過程：

• step 1：1s 後 Server 沒回傳 ACK，Client 重傳 SYN
• step 2：若 Client 還是沒收到 ACK，重複步驟 1，但等待時間為 2s
• step 3：若 Client 還是沒收到 ACK，重複步驟 1，但等待時間為 4s
• step 4：若 Client 還是沒收到 ACK，重複步驟 1，但等待時間為 8s
• step 5：若 Client 還是沒收到 ACK，重複步驟 1，但等待時間為 16s
• step 6：若 Client 還是沒收到 ACK，重複步驟 1，但等待時間為 32s
• setp 7：若 Client 還是沒收到 ACK，終止 3 way handshake

即當 Server 沒有回傳 ACK，Client 會等待 2^n s 後重發，最多重發 6 次，若最後仍沒收到，就會終止傳輸的建立，全部的等待時間為:

1 + 2 + 4 + 8 + 16 + 32 = 127

故若等了 2 分鐘還是無法建立成功，就會終止

今天小結

• 知道為什麼要建立 TCP handshake，是為了雙方知道彼此能正常接收和傳輸，且三次是最精簡的步驟
• 知道 Server 和 Client 怎麼確保對方的接收和傳輸的流程
• 知道握手過程失敗，會有 retransmission 的行為，持續 2 分鐘，若還是沒有成功就會終止

參考資訊

• Everything You Always Wanted to Know About TCP But Too Afraid to Ask (bytebytego.com)
• 两张动图-彻底明白TCP的三次握手与四次挥手_tcp三次握手_小书go的博客-CSDN博客
• 面试官，不要再问我三次握手和四次挥手 | 猿人谷 (yuanrengu.com)