為什麼必須使用三次握手？

最小生成树發表於2024-07-21

TCP（傳輸控制協議）的三次握手是建立可靠連線的關鍵步驟，其設計目的是確保通訊雙方都準備好，並且避免重複的連線初始化。三次握手並不是隨意設定的，而是有其重要的技術理由。

1. 防止重複的連線初始化

假設只使用兩次握手，會存在以下問題：

  • 舊的重複SYN包問題：如果網路中的一箇舊的SYN包（因為網路延遲等原因）突然到達伺服器，伺服器會誤以為是一個新的連線請求。如果沒有第三次握手，伺服器會直接接受這個舊的請求並建立連線，但客戶端實際上並沒有傳送新的請求。這會導致資源浪費和連線狀態混亂。

2. 確認雙方的接收和傳送能力

三次握手確保了雙方的傳送和接收能力：

  • 第一次握手（SYN）：客戶端告訴伺服器它希望建立連線，併傳送初始序列號。
  • 第二次握手（SYN-ACK）：伺服器收到請求並回應，同時傳送自己的初始序列號，表示自己已經準備好接收資料。
  • 第三次握手（ACK）：客戶端確認伺服器的回應，同時確認自己可以接收伺服器的資料。

3. 避免資源浪費

如果沒有三次握手的確認步驟，伺服器會在每次收到SYN請求後直接分配資源（如快取和連線控制塊）。但由於客戶端未必真正準備好，這些資源可能會被浪費。三次握手確保只有在雙方都確認可以通訊的情況下才會分配資源。

兩次握手的問題示例

假設使用兩次握手：

  1. 第一次握手（SYN）：客戶端傳送SYN包，伺服器接收並回應SYN-ACK。
  2. 第二次握手（SYN-ACK）：伺服器傳送SYN-ACK包，認為連線已建立。

在這種情況下，如果客戶端由於某種原因沒有接收到SYN-ACK包（如網路丟包），伺服器認為連線已經建立並開始等待客戶端的資料，但客戶端並沒有建立連線。這會導致伺服器資源被浪費，最終可能導致拒絕服務攻擊（DoS）。

sequenceDiagram
    participant Client as 客戶端
    participant Server as 伺服器

    Client->>Server: SYN (序列號X)
    Server-->>Client: SYN-ACK (序列號Y, 確認號X+1)
    Client->>Server: ACK (確認號Y+1)

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