先说结论

• 为了实现可靠数据传输， TCP 协议的通信双方， 都必须维护一个序列号， 以标识发送出去的数据包中， 哪些是已经被对方收到的。 三次握手的过程即是通信双方相互告知序列号起始值， 并确认对方已经收到了序列号起始值的必经步骤
• 如果只是两次握手， 至多只有连接发起方的起始序列号能被确认， 另一方选择的序列号则得不到确认

先修知识

TCP 通信流程

TCP 的通信流程

上图中的每一个箭头都代表着一次 TCP数据包的发送

• 需要注意的是， 上图中出现的 ACK = x +1 的写法很容易让人误以为数据包中的 ACK 域的数据值被填成了 y+1 。 ACK = x+1 的实际含义是：
  • TCP 包的 ACK 标志位（1 bit） 被置成了 1
  • TCP 包的确认号（acknowledgement number ） 的值为 x+1
• 类似的， TCP 数据包中的 SYN 标志位， 也容易与序号（sequence number） 混淆， 这点需要读者注意

TCP 数据包结构图

为什么 TCP 需要握手这个操作

在解答为什么 TCP 需要三次握手， 而不是两次之前， 首先需要回答的问题是:

• 为什么需要握手这个操作， 能不能不握手？

如果读者对比一下 UDP 的通信流程和 TCP 的通信流程， 可以发现， 在 UDP 协议中， 是没有握手这个操作的。

这里就引出了 TCP 与 UDP 的一个基本区别， TCP 是可靠通信协议， 而 UDP 是不可靠通信协议。

• TCP 的可靠性含义： 接收方收到的数据是完整， 有序， 无差错的。
• UDP 不可靠性含义： 接收方接收到的数据可能存在部分丢失， 顺序也不一定能保证。

UDP 和 TCP 协议都是基于同样的互联网基础设施， 且都基于 IP 协议实现， 互联网基础设施中对于数据包的发送过程是会发生丢包现象的， 为什么 TCP 就可以实现可靠传输， 而 UDP 不行？

TCP 协议为了实现可靠传输， 通信双方需要判断自己已经发送的数据包是否都被接收方收到， 如果没收到， 就需要重发。 为了实现这个需求， 很自然地就会引出序号（sequence number） 和 确认号（acknowledgement number） 的使用。

发送方在发送数据包（假设大小为 10 byte）时， 同时送上一个序号( 假设为 500)，那么接收方收到这个数据包以后， 就可以回复一个确认号（510 = 500 + 10） 告诉发送方 “我已经收到了你的数据包， 你可以发送下一个数据包， 序号从 510 开始” 。

这样发送方就可以知道哪些数据被接收到，哪些数据没被接收到， 需要重发。

为什么需要三次握手，而非两次

正如上文所描述的，为了实现可靠传输，发送方和接收方始终需要同步( SYNchronize )序号。 需要注意的是， 序号并不是从 0 开始的， 而是由发送方随机选择的初始序列号 ( Initial Sequence Number, ISN )开始 。 由于 TCP 是一个双向通信协议， 通信双方都有能力发送信息， 并接收响应。 因此， 通信双方都需要随机产生一个初始的序列号， 并且把这个起始值告诉对方。

于是， 这个过程就变成了下面这样。

下面这个流程图描述的和上面一样， 但是更加清楚的展示了 TCP 数据包标志位， 以及数据域的命名来源。

题外话

有一位读者关注到了三次握手中， 序列号变化的问题， 让笔者临时想起了曾经困扰自己的一个问题

• 为什么三次握手最后一次握手中， 在上面的示意图中回复的 seq = x+1 。

答案： acknowledgement number 的作用是向对方表示，我期待收到的下一个序号。 如果你向对方回复了 ack = 31, 代表着你已经收到了序号截止到30的数据，期待的下一个数据起点是 31 。

TCP 协议规定SYN报文虽然不携带数据， 但是也要消耗1个序列号， 所以前两次握手客户端和服务端都需要向对方回复 x+1 或 y+1 。

值得注意的是， 如上图所说， 最后一次握手在默认不携带数据的情况下， 由于SYN 不是 1 ， 是不消耗序列号的。 所以三次握手结束后，客户端下一个发送的报文中seq 依旧是 x+1， 示意图如下

注意到， 上图第四步发送的 seq 和第三次握手的 seq 是一样的， 体现了最后一次握手， 默认不消耗序列号的特点。

原文链接：TCP 为什么三次握手而不是两次握手（正解版）