🌊 TCP三次握手与四次挥手全解析（含序列号动态追踪）

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🔑 TCP 协议核心机制

• 序列号 (seq)：数据字节流的唯一标识（32位循环计数器）
• 确认号 (ack)：期望接收的下一个序列号（ack = 接收方seq + 1）
• 标志位：SYN（建立连接）、ACK（确认）、FIN（关闭连接）

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🛠️ 三次握手详解（连接建立）

序列号变化追踪（假设初始序列号：Client=1000, Server=5000）

步骤	方向	标志位	seq 值	ack 值	关键说明
1	C → S	SYN=1	1000	-	客户端随机初始化seq
2	S → C	SYN=1,ACK=1	5000	1001	服务端ack=客户端seq+1
3	C → S	ACK=1	1001	5001	客户端seq+1，ack=服务端seq+1

📌 SYN消耗序列号：发送SYN会使序列号+1（SYN标志位占据1字节序列空间）

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🚪 四次挥手详解（连接释放）

序列号变化追踪（通信结束时：Client seq=8000, Server seq=12000）

步骤	方向	标志位	seq 值	ack 值	状态变化
1	C → S	FIN=1	8000	-	Client: ESTAB→FIN_WAIT_1
2	S → C	ACK=1	12000	8001	Server: ESTAB→CLOSE_WAIT Client: FIN_WAIT_1→FIN_WAIT_2
3	S → C	FIN=1,ACK=1	12001	8001	Server: CLOSE_WAIT→LAST_ACK
4	C → S	ACK=1	8001	12002	Client: FIN_WAIT_2→TIME_WAIT Server: CLOSED 等待2MSL后Client关闭

⚠️ 序列号递增规则：

1. FIN标志位消耗1序列号（与SYN相同）
2. 发送数据时：seq增加 = 数据字节数
3. 发送控制位：seq增加 = 标志位数量

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🔥 关键机制深度解析

1. 初始序列号 (ISN) 的随机性

• 生成算法：ISN = (计时器 × 加密因子) mod 2³²
  （现代系统使用安全随机数生成）
• 目的：防止前序连接的报文混淆（旧连接相同端口复用）

2. TIME_WAIT 状态（2MSL等待）

// Linux内核参数配置
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 60    // 控制TIME_WAIT持续时间
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 18000 // 最大TIME_WAIT连接数

• MSL定义：Max Segment Lifetime（报文最大生存时间，通常30秒）
• 2MSL = 60秒：保证网络中残余报文消亡

3. 半关闭状态（Half-Close）

当一方发送FIN后进入半关闭状态：

4. 序列号回绕处理

32位序列号在高速网络中可能溢出（10Gbps≈1.2GB/s）：

// Linux内核序列号比较函数
static inline bool tcp_before_seq(u32 seq1, u32 seq2) {return (s32)(seq1 - seq2) < 0;
}
// 处理示例： 
// seq1=0xFFFFFF00, seq2=0x00000010 → 判断seq1 < seq2（溢出场景）

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⚠️ 高频面试问题

1. 为什么是三次握手？

   阻止历史重复连接初始化（防止旧SYN干扰新连接）

2. 为什么需要TIME_WAIT状态？

   确保被动关闭方能收到最终ACK（防止LAST_ACK超时重传FIN）

3. 服务器如何应对大量TIME_WAIT？

   # 内核优化命令
   echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_reuse    # 重用TIME_WAIT连接
   echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle  # 快速回收（慎用）
   

4. 握手时的序列号为什么随机？

   避免TCP序列号预测攻击（如IP欺骗攻击）

5. 为什么挥手是四次而不是三次？

   TCP连接允许单向关闭（半关闭状态），需要独立确认双向关闭