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高级软件工程师面试题(某世界500强集团)必刷题精析

面试问答题（共20题）

第一题

请你解释一下TCP协议的“三次握手”（Three-wayHandshake）过程。请描述每个步骤的主要目的，并说明为什么不能直接用两次或四次握手来实现连接建立。

答案：

TCP的建立连接过程是通过“三次握手”来确保通信双方都准备好发送和接收数据。其过程如下：

第一次握手（SYN）：

过程：客户端（initiatingside）向服务器端（listeningside）发送一个TCP报文段。该报文段的源端口和目标端口各不相同，最关键的是其首部同步位（SYN）被设为1，并包含一个初始序列号（InitialSequenceNumber,ISN），记为client_isn。

目的：客户端主动发起连接请求，告诉服务器：“我想与你的某个端口建立连接，我的起始序列号是client_isn。”

第二次握手（SYN-ACK）：

过程：服务器端收到SYN报文段后，如果同意建立连接，会向客户端发送一个确认报文段。这个报文段的目标端口与客户端请求的端口相同。其首部同步位（SYN）和确认位（ACK）都被设为1，确认号为client_isn+1，表示期望从客户端收到的下一个序列号是client_isn+1。同时，服务器端自己的初始序列号（ISN）记为server_isn，也会包含在报文段中。

目的：服务器确认收到客户端的连接请求，同意建立连接，并告知客户端自己的起始序列号。

第三次握手（ACK）：

过程：客户端收到服务器的SYN-ACK报文段后，向服务器发送最后一个报文段。其首部确认位（ACK）被设为1，确认号为server_isn+1，表示期望从服务器收到的下一个序列号是server_isn+1。客户端的自身序列号（ISN）进入传送数据阶段，通常设置为client_isn+1（发送完这个ACK报文段后，自身的序列号会递增1）。

目的：客户端确认收到服务器的同意连接的应答，向服务器发送一个确认报文，表明客户端应用程序已准备好接受数据。至此，双方协商的初始序列号都确认无误，连接建立成功，可以开始传输数据。

为什么不能是两次或四次握手？

为什么不能是两次握手？

无法确认客户端是否收到SYN-ACK：如果只有两次握手（客户端发SYN，服务器发SYN-ACK），当服务器的SYN-ACK报文段在网络中丢失或在传输过程中损坏时，客户端永远不知道这个问题。服务器会认为客户端已确认连接并开始发送数据，但实际上客户端并未收到，导致服务器端浪费资源并最终超时重发SYN-ACK。两次握手的机制无法让服务器端知道客户端是否收到了同意连接的报文段，也就无法确认客户端是否真的准备好了。

无法防止“已失效的连接请求报文段”突发：网络中的ACK报文段可能会丢失或延迟很久，如果只有两次握手，客户端发送的SYN报文段可能因网络拥堵或延迟而长时间未到达服务器。在此期间，旧的连接请求（比如A失败后释放资源，但仍有一个过期的连接请求报文段在网络里漂着）的SYN报文段突然又到达了服务器。如果采用两次握手，服务器会误以为是新的连接请求，发送SYN-ACK并建立连接，这可能导致服务器为已失效的请求创建了大量空连接，浪费资源。三次握手通过客户端必须发回ACK，服务器在收到ACK才发送ACK，确保了即使是过期的SYN报文，服务器也会得到一个确认或重传机制来处理。

为什么不能是四次握手？

四次握手会增加不必要的通信开销和延迟，降低连接建立的效率。每增加一次握手，都需要发送一个额外的报文段，增加了时延和潜在的网络流量，但并没有带来必要的安全或可靠性上的提升，因为三次握手已经足够确保双方都知晓连接已经建立且都准备好了。

TCP的核心设计原则之一是简洁高效。四次握手没有明确的优势，因此不采用。

解析：

这道题考察的是对TCP连接建立过程（三次握手）的深刻理解，不仅仅是知道步骤，更要明白每个步骤的作用以及对网络可靠性的意义。

解释清楚三次握手如何通过交换三个报文段来确保客户端和服务器双方都确认了连接的建立，以及各自的状态。

解释第一次握手（SYN）是客户端发起，第二次握手（SYN-ACK）是服务器响应，第三次握手（ACK）是客户端最后确认，这几步缺一不可。

重点阐述“为什么三次”是必要的，特别是两次握手无法处理“客户端收到SYN-ACK后该报文丢失”和“旧连接请求报文段突发”这两种情况导致的潜在问题。这点是区分面试者是否深入理解TCP的关键。

沟通要清晰，逻辑要严谨，使用标准的术语（如SYN,ACK,SequenceNumber,InitialSequenceNumb