TCP三次握手
一句话：在TCP连接建立过程中，客户端首先向服务端发送SYN报文，服务端接收到SYN报文后会回复一个SYN+ACK报文，客户端再回复一个ACK报文，这样就完成了TCP连接的建立。
详细过程
刚开始客户端处于 Closed 的状态，服务端处于 Listen 状态。
缩写
SYN: Synchronize Sequence Numbers，同步序列号
ISN: Initial Sequence Number，初始同步序列号
第一次握手
客户端给服务端发一个 SYN 报文，并指明客户端的初始化序列号 ISN。
此时客户端处于 SYN_SENT 状态。
第二次握手
服务器收到客户端的 SYN 报文之后，回复一个 ACK 报文作为应答，把客户端的 ISN + 1 作为 ACK 的值，表示已经收到了客户端的 SYN，约定从数据流从这个数开始。并且指定自己的初始化序列号 ISN。
此时服务器处于 SYN_REVD 的状态。
第三次握手
客户端收到 SYN 报文之后，回复一个 ACK 报文，也是一样把服务器的 ISN + 1 作为 ACK 的值，表示已经收到了服务端的 ACK ，并约定数据流从这个数开始。
此时客户端处于 ESTABLISHED 状态。服务器收到 ACK 报文之后，变为 ESTABLISHED 状态，双方就建立起了连接。
发送第一个 SYN 的一端将执行主动打开（active open），接收这个 SYN 并发回下一个 ACK 的另一端执行被动打开（passive open）
为什么需要三次握手
弄清这个问题，我们需要先弄明白三次握手的目的是什么，能不能只用两次握手来达到同样的目的。
三次握手的目的是建立可靠的连接，两次握手无法达到这个目的。
第一次握手：客户端发送网络包，服务端收到了。
这样服务端就能得出结论：客户端的发送能力是正常的。
第二次握手：服务端发包，客户端收到了。
这样客户端就能得出结论：服务端的接收、发送能力是正常的。不过此时服务器并不能确认客户端的接收能力是否正常。
如果这个阶段就视为连接建立成功，那么：
后续服务端发送的数据，客户端可能收不到，这是不可靠连接。
服务端成功建立连接是会为连接创建 fd 并放入全连接队列，但如果客户端的接收能力有问题，那么服务端的资源是浪费的。
第三次握手：客户端发包，服务端收到了。
这样服务端就能得出结论：客户端的接收能力正常。
因此，需要三次握手才能确认双方的接收与发送能力是否正常。
半连接队列
服务器第一次收到客户端的 SYN 之后，会处于 SYN_RCVD 状态，此时双方还没有完全建立其连接，服务器会把此种状态下请求连接放在一个队列里，称为半连接队列。
虽然叫队列，但半连接队列其实是个 hash表
当然还有一个全连接队列，就是已经完成三次握手，建立起连接的就会放在全连接队列中。如果队列满了就有可能会出现丢包现象。
服务器发送完 ACK 包，如果未收到客户确认包，则会进行退避式重传（间隔变大）。如果重传次数超过配置的最大重传次数，则会将该连接信息从半连接队列中删除。
SYN攻击
服务器端的资源分配是在二次握手时分配的，而客户端的资源是在完成三次握手时分配的，所以服务器容易受到 SYN 洪泛攻击。SYN 攻击就是 Client 在短时间内伪造大量不存在的 IP 地址，并向 Server 不断地发送 SYN 包，Server 则回复确认包，并等待 Client 确认，由于源地址不存在，因此 Server 需要不断重发直至超时，这些伪造的 SYN 包将长时间占用半连接队列，导致正常的 SYN 请求因为队列满而被丢弃，从而引起网络拥塞甚至系统瘫痪。SYN 攻击是一种典型的 DoS/DDoS 攻击。
检测 SYN 攻击非常容易，当你在服务器上看到大量的半连接状态的连接时，特别是源 IP 地址是随机的，基本上可以断定这是一次 SYN 攻击。在 Linux/Unix 上可以使用系统自带的 netstats 命令来检测 SYN 攻击。
线上这种情况有四个 TCP 参数可以调，第一个是：tcp_synack_retries 可以用来减少重试次数；第二个是：tcp_max_syn_backlog，可以增大 SYN 连接数；第三个是：tcp_abort_on_overflow 处理不过来干脆就直接拒绝连接了。第四个方法是开启 cookies 功能，使用 cookie，不使用半连接队列
ISN 是固定的吗？
是动态随机生成的。
当一端为建立连接而发送它的 SYN 时，它会为连接设一个初始序号。ISN 随时间而变化，因此每个连接都将具有不同的 ISN。ISN 可以看作是一个 32 bit 的计数器，每 4ms 加 1 。
这样选择序号的目的在于：
这个号要作为以后的数据通信的序号，以保证收到的数据不会因为网络上的传输的问题而乱序。如果序号固定，就无法分辨顺序了
增加安全性。如果序号固定，攻击者很容易猜出后续的确认号
三次握手过程中可以携带数据吗？
其实第三次握手的时候，是可以携带数据的（HTTP3 就是这么做的）。但是，第一次、第二次握手不可以携带数据
假如第一次握手可以携带数据的话，如果有人要恶意攻击服务器，那他每次都在第一次握手中的 SYN 报文中放入大量的数据，重复发 SYN 报文的话，会大量浪费服务器的资源。
而对于第三次的话，此时客户端已经处于 ESTABLISHED 状态。对于客户端来说，他已经建立起连接了，并且也已经知道服务器的接收、发送能力是正常的了，所以能携带数据也没啥毛病。
TCP状态机
最后附上一张 TCP 状态机的图。
参考
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