前言

大家好，我是田螺。

有位朋友去美團面試，問了這么一道面試題：TCP的第三次握手沒有回復，會有什么問題？服務器會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

對于這道題，我們?nèi)绾稳セ卮?，才更好呢？如果是我，我會按照這幾個維度：

• TCP的三次握手過程
• 第三次握手沒有回復，連接建立不了，講解為什么需要三次握手
• 第三次握手沒有回復，服務器會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？超時重傳機制
• 第三次握手沒有回復，講解半連接隊列（SYN隊列）和SYN Flood 攻擊
• TCP 握手，在后端思想的一些相似應用

1. TCP的三次握手過程

圖片

開始客戶端和服務器都處于CLOSED狀態(tài)，然后服務端開始監(jiān)聽某個端口，進入LISTEN狀態(tài)

• 第一次握手(SYN=1, seq=x)，發(fā)送完畢后，客戶端進入SYN_SEND狀態(tài)
• 第二次握手(SYN=1, ACK=1, seq=y, ACKnum=x+1)， 發(fā)送完畢后，服務器端進入 SYN_RCVD 狀態(tài)。
• 第三次握手(ACK=1，ACKnum=y+1)，發(fā)送完畢后，客戶端進入 ESTABLISHED 狀態(tài)，當服務器端接收到這個包時,也進入 ESTABLISHED 狀態(tài)，TCP 握手，即可以開始數(shù)據(jù)傳輸。

2. 第三次握手沒有回復，連接建立不了.

上個小節(jié)，我們梳理完TCP三次握手流程，也就是TCP需要三次握手，才能真正建立連接。

如果服務器沒有收到客戶端發(fā)送的第三次握手的ACK確認包，那么從服務器的角度看，這個連接仍處于未完全建立的狀態(tài)，不能正式用于數(shù)據(jù)傳輸。

也就是如果沒有第三次握手回復，只有兩次握手，那是不行的。TCP連接，為什么需要三次握手，為什么兩次不行，為什么四次不行？

為了方便理解，我們以談戀愛為例子：兩個人能走到一起，最重要的事情就是相愛，就是我愛你，并且我知道，你也愛我，接下來我們以此來模擬三次握手的過程：

圖片

為什么握手不能是兩次呢？

如果只有兩次握手，女孩子可能就不知道，她的那句我也愛你，男孩子是否收到，戀愛關系就不能愉快展開。

為什么握手不能是四次呢？

因為握手不能是四次呢？因為三次已經(jīng)夠了，三次已經(jīng)能讓雙方都知道：你愛我，我也愛你。而四次就多余了。

3. 第三次握手沒有回復，服務器會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

TCP三次握手：

服務器在收到客戶端的 SYN 報文后，會發(fā)送一個 SYN-ACK 報文并進入 SYN-RECEIVED 狀態(tài)。此時，它正在等待客戶端發(fā)送的 ACK 報文。如果客戶端的 ACK 報文沒有到達服務器，服務器會在 SYN-RECEIVED 狀態(tài)中停留一段時間（通常稱為超時重傳時間）。

也就是說，第三次握手沒有ACK回復，服務器會在 SYN-RECEIVED 狀態(tài)中停留一段時間。然后超時重傳。

然后如果沒有收到客戶端的 ACK 報文，它會重新發(fā)送 SYN-ACK 報文。

當然，重試肯定有次數(shù)限制的，如果在重傳了多次之后，服務器仍然沒有收到客戶端的 ACK 報文，服務器會認為連接失敗，并放棄這次連接。此時，服務器會進入 CLOSED 狀態(tài)，釋放資源。

超時重傳

TCP 為了實現(xiàn)可靠傳輸，實現(xiàn)了重傳機制。最基本的重傳機制，就是超時重傳，即在發(fā)送數(shù)據(jù)報文時，設定一個定時器，每間隔一段時間，沒有收到對方的ACK確認應答報文，就會重發(fā)該報文。

這個間隔時間，一般設置為多少呢？我們先來看下什么叫RTT（Round-Trip Time，往返時間）。

圖片

RTT就是，一個數(shù)據(jù)包從發(fā)出去到回來的時間，即數(shù)據(jù)包的一次往返時間。超時重傳時間，就是Retransmission Timeout ，簡稱RTO。

RTO設置多久呢？

• 如果RTO比較小，那很可能數(shù)據(jù)都沒有丟失，就重發(fā)了，這會導致網(wǎng)絡阻塞，會導致更多的超時出現(xiàn)。
• 如果RTO比較大，等到花兒都謝了還是沒有重發(fā)，那效果就不好了。

一般情況下，RTO略大于RTT，效果是最好的。一些小伙伴會問，超時時間有沒有計算公式呢?有的！有個標準方法算RTO的公式，也叫Jacobson / Karels 算法。我們一起來看下計算RTO的公式

1. 先計算SRTT（計算平滑的RTT）

SRTT = (1 - α) * SRTT + α * RTT  //求 SRTT 的加權平均

2. 再計算RTTVAR (round-trip time variation)

RTTVAR = (1 - β) * RTTVAR + β * (|RTT - SRTT|) //計算 SRTT 與真實值的差距

3. 最終的RTO

RTO = μ * SRTT + ? * RTTVAR  =  SRTT + 4·RTTVAR

其中，α = 0.125，β = 0.25， μ = 1，? = 4，這些參數(shù)都是大量結果得出的最優(yōu)參數(shù)。

4. 半連接隊列和SYN Flood 攻擊

在TCP的三次握手中，服務器發(fā)送SYN+ACK包之后，會等待客戶端的ACK。如果ACK沒有按時到達，可能是因為網(wǎng)絡丟包或是惡意攻擊（如SYN Flood攻擊）

如果是網(wǎng)絡不穩(wěn)定，導致的網(wǎng)絡丟包，一般我們重試都會成功的。還有個可能的原因，就是SYN Flood攻擊。

SYN Flood是一種典型的DoS (Denial of Service，拒絕服務) 攻擊，它在短時間內(nèi)，偽造不存在的IP地址,向服務器大量發(fā)起SYN報文。當服務器回復SYN+ACK報文后，不會收到ACK回應報文，導致服務器上建立大量的半連接隊列,半連接隊列滿了，這就無法處理正常的TCP請求啦。

5. TCP 三次握手的一些后端思想應用

TCP三次握手，背后蘊含的一些思想是可以應用到后端系統(tǒng)設計中的。

5.1 狀態(tài)確認思想

比如，TCP三次握手確保雙方都知道對方準備好進行通信，并且雙方都能確認自己的消息被對方收到。這個機制本質(zhì)上是一種狀態(tài)同步和確認機制。

這種機制可以應用于分布式系統(tǒng)的節(jié)點間通信或客戶端與服務端的連接建立。例如，在微服務之間的通信中，可以在建立連接前，進行雙方的狀態(tài)確認或健康檢查，確保后續(xù)的通信是可靠的。

5.2 超時重試機制

再比如，TCP三次握手中，服務端會等待客戶端的ACK確認包，如果沒有收到，會根據(jù)一定策略進行重試，這背后是重試與超時的機制。

在后端服務中，重試機制和超時處理也非常重要。例如在調(diào)用第三方API時，如果網(wǎng)絡波動導致請求失敗，系統(tǒng)可以通過配置合理的重試策略（如指數(shù)退避、限流等）來提高成功率，同時避免過載。實例：HTTP請求的重試機制、消息隊列的重發(fā)策略等。