Трёхстороннее рукопожатие TCP

Вы открыли эту страницу, и незнакомец на другом континенте согласился с вами поговорить. До любого HTTP-запроса, до TLS, до DNS — TCP сделал три вещи: поздоровался, согласовал номера последовательности и подтвердил соглашение. Это рукопожатие.

Что делает TCP одним предложением

TCP превращает двух незнакомцев в сети в надёжный двусторонний разговор: каждый байт приходит по порядку, каждый байт подтверждается, отсутствующие байты пересылаются. Рукопожатие — это начало разговора.

Уровень IP переносил пакеты через сети, но ему было всё равно, приходят ли они, приходят ли по порядку или приходят вообще. TCP добавляет контракт: каждый байт пронумерован, каждый байт подтверждается, а если один отсутствует — он пересылается заново. Этот контракт согласовывается при рукопожатии. До него обе стороны — незнакомцы. После — у обеих есть состояние: буферы, окна и соглашение разговаривать до тех пор, пока кто-то из них не скажет «до свидания».

Зачем это нужно

Без TCP каждый веб-запрос должен был бы управлять своими повторными передачами и упорядочиванием. TCP даёт каждому протоколу выше (HTTP, IMAP, SSH) чистый надёжный канал бесплатно.

Метафора: телефонный звонок

Представьте двух людей на телефонном звонке. Перед тем как сказать что-то важное, они обмениваются: «Алло, слышишь меня? — Да, слышу, а ты меня? — Да.» Этот трёхшаговый ритуал и есть TCP-рукопожатие.

• SYN — «Привет, вот мой счётчик»
• SYN-ACK — «Слышу тебя, вот мой счётчик, и подтверждаю твой»
• ACK — «Подтверждаю твой счётчик, начинаем»

Теперь обе стороны уверены, что говорят по одной линии, и могут начать настоящий разговор.

Рукопожатие в диалоге

Антон набирает Светлану и говорит: «Привет, мой счётчик начинается с 42 000 000.» Светлана отвечает: «Понял, твой следующий байт — 42 000 001; мой счётчик — 99 000 000.» Антон: «Понял, твой следующий байт — 99 000 001, поехали.» С этого момента каждое слово обоих пронумеровано — никто не потеряет след.

Почему три шага, а не два

TCP — двунаправленный протокол, и обе стороны должны согласовать начальные номера последовательности друг друга. При двухшаговом рукопожатии (SYN → данные) номер последовательности сервера остался бы неподтверждённым. Третий шаг (ACK) доказывает, что клиент жив и прочитал SYN-ACK сервера. Он также ограничивает количество «полуоткрытых» соединений: если SYN пришёл, но ACK не последовал, сервер истекает по таймеру и освобождает память.

Один сценарий от начала до конца

Вы кликаете ссылку в браузере. Под капотом браузер уже завершил IP-маршрутизацию (знает адрес сервера) и DNS (разрешил имя). Теперь он выполняет TCP-рукопожатие. После — слой TLS для шифрования, и только затем летит реальный HTTP-запрос.