🌊 TCP三次握手與四次揮手全解析（含序列號動態追蹤）

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🔑 TCP 協議核心機制

• 序列號 (seq)：數據字節流的唯一標識（32位循環計數器）
• 確認號 (ack)：期望接收的下一個序列號（ack = 接收方seq + 1）
• 標志位：SYN（建立連接）、ACK（確認）、FIN（關閉連接）

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🛠? 三次握手詳解（連接建立）

序列號變化追蹤（假設初始序列號：Client=1000, Server=5000）

步驟	方向	標志位	seq 值	ack 值	關鍵說明
1	C → S	SYN=1	1000	-	客戶端隨機初始化seq
2	S → C	SYN=1,ACK=1	5000	1001	服務端ack=客戶端seq+1
3	C → S	ACK=1	1001	5001	客戶端seq+1，ack=服務端seq+1

📌 SYN消耗序列號：發送SYN會使序列號+1（SYN標志位占據1字節序列空間）

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🚪 四次揮手詳解（連接釋放）

序列號變化追蹤（通信結束時：Client seq=8000, Server seq=12000）

步驟	方向	標志位	seq 值	ack 值	狀態變化
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關閉

?? 序列號遞增規則：

1. FIN標志位消耗1序列號（與SYN相同）
2. 發送數據時：seq增加 = 數據字節數
3. 發送控制位：seq增加 = 標志位數量

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🔥 關鍵機制深度解析

1. 初始序列號 (ISN) 的隨機性

• 生成算法：ISN = (計時器 × 加密因子) mod 232
  （現代系統使用安全隨機數生成）
• 目的：防止前序連接的報文混淆（舊連接相同端口復用）

2. TIME_WAIT 狀態（2MSL等待）

// Linux內核參數配置
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 60    // 控制TIME_WAIT持續時間
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 18000 // 最大TIME_WAIT連接數

• MSL定義：Max Segment Lifetime（報文最大生存時間，通常30秒）
• 2MSL = 60秒：保證網絡中殘余報文消亡

3. 半關閉狀態（Half-Close）

當一方發送FIN后進入半關閉狀態：

4. 序列號回繞處理

32位序列號在高速網絡中可能溢出（10Gbps≈1.2GB/s）：

// Linux內核序列號比較函數
static inline bool tcp_before_seq(u32 seq1, u32 seq2) {return (s32)(seq1 - seq2) < 0;
}
// 處理示例： 
// seq1=0xFFFFFF00, seq2=0x00000010 → 判斷seq1 < seq2（溢出場景）

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?? 高頻面試問題

1. 為什么是三次握手？

   阻止歷史重復連接初始化（防止舊SYN干擾新連接）

2. 為什么需要TIME_WAIT狀態？

   確保被動關閉方能收到最終ACK（防止LAST_ACK超時重傳FIN）

3. 服務器如何應對大量TIME_WAIT？

   # 內核優化命令
   echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_reuse    # 重用TIME_WAIT連接
   echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle  # 快速回收（慎用）
   

4. 握手時的序列號為什么隨機？

   避免TCP序列號預測攻擊（如IP欺騙攻擊）

5. 為什么揮手是四次而不是三次？

   TCP連接允許單向關閉（半關閉狀態），需要獨立確認雙向關閉