連線 — TCP 的三向交握與斷線

「建立連線」的真面目是什麼

平常只要 connect() 有回來就當作連上了，不會有什麼困擾。但故障時，如果無法區分「連不上」的內容 — 是被拒絕、沒有回應，還是建立之後才斷掉 — 就無法前進。為此，需要知道「建立連線」在物理上到底是什麼。

答案出乎意料地樸素。路徑上不會保留專用線路，途中的路由器什麼都不記得。所謂連線，只不過是兩端 2 台機器各自在記憶體中持有的「與這個四元組的對象，號碼互通到哪裡了」這對帳本。所以建立連線的儀式要做的也只有一件事 — 互相傳達彼此的「起算號碼」，並互相確認確實聽到了。

這個起算號碼稱為初始序號（ISN）。不從 1 開始數的理由，與第 5 題的 TIME_WAIT 也是相通的 — 為了不和不久前還在用同一個四元組通訊的舊封包混在一起，每次都從難以預測的值開始。

把 3 個封包一個一個讀

以用戶端 ISN 為 5000、伺服器 ISN 為 9000 的例子來追蹤。

為什麼是 3 次？TCP 持有雙向各自獨立的 2 條位元組串流，所以每個方向都需要「起算點的宣告（SYN）」與「聽到了的確認（ACK）」。角色合計 4 個，但中間的 2 個（伺服器的 ACK 與伺服器的 SYN）可以共乘在 1 個封包裡，所以最少 3 個封包。2 次的話沒有人確認過「伺服器的宣告送達了」，4 次則多出 1 個浪費，就是這麼回事。

斷線是 4 個角色 — 一個方向一個方向地打烊

斷線比建立多 1 手，是因為不一定能共乘。「已經沒有東西要送了」的宣告 FIN，只關閉從自己到對方的方向。對方可能還有東西沒送完，所以送出 FIN 之後仍可繼續接收（半關閉）。雙向各需要 FIN 與 ACK，所以基本形是 4 個封包。

而先送出 FIN 的一方，在一切結束之後仍會以 TIME_WAIT 狀態留存一段時間（多數實作為 30 秒〜數分鐘）。理由有 2 個。

還有一種不客氣的結束方式，就是 RST（重置）。這是「我不知道那條連線／現在立刻毀掉」的單方面通告，會回應給送往沒有等待程式的連接埠的 SYN、送給已當掉行程的資料等。FIN 是合意的打烊，RST 是不由分說的廢棄 — 光是能在封包擷取中分辨這兩者，故障的風景就會大不相同。

本章帶走的重點

• 連線的真面目是兩端持有的帳本對。所謂建立，就是「起算號碼（ISN）」的合意
• 交握是把雙向份的 SYN + ACK 共 4 個角色共乘進 3 個封包的最小形。ack 永遠是「下一個想要的號碼」
• 斷線是 FIN 一次關一個方向。TIME_WAIT 不是故障，而是最後一個 ACK 的保險與舊區段的排毒
• 立刻回 RST = 有送達但被拒絕，無回應逾時 = 根本沒有回應。切分的第一步

下一章將以手算追蹤建立之後的主角 — 序號與 ACK 號碼在資料傳輸中如何運作。