1. 准备
我的操作是这样的，让手机和电脑在同一个局域网内（比如连接同一个 wifi），接着在手机的wifi上设置代理，电脑使用 Charles 做代理，IP 为电脑在局域网 IP，我这边的环境，手机 IP 为 172.17.32.117，电脑 IP 为 172.17.32.19。再设置代理端口为 8888。设置代理后，接下来手机的请求都会通过电脑的网卡代理请求发送出去。其实可以不用这么绕。我之所以多设了一个代理，是因为自己电脑创建的 wifi 热点，手机接收不到。为了让手机的包能经过电脑网络嗅探到才这么处理的。
最便捷的方式，就是电脑放个 wifi 热点给手机连接完事。
创建后代理连接后，然后使用 Wireshark 嗅探网卡，比如我这里使用的是 etho0 网卡去访问网络的。这时候玩玩手机，打开几个请求，Wireshark 上面就会出现捕捉的大量的包，各种各样的协议都有，有 ARP 寻人启事（寻找 IP 对应的物理地址），有 TCP 连接包，有 HTTP 请求包。
这里我设置了一下过滤规则，把对网易的一个 https://nex.163.com 的一个的请求过滤出来如下：
整个完整的 HTTPS 请求的过程如下：
- TCP 三次握手
- 因为我使用电脑作为代理，所以还有一个 CONNECT 请求用来建立 HTTP 代理
- 使用 TLSv1.2 进行 SSL 握手
- 使用握手协商好的密钥对 HTTP 进行加密传输
- TCP 四次挥手
2. 三次握手
2.1. TCP 协议内容
作为整个过程的第一个 TCP 包，这里对它做一个详细的剖析，理解一下 TCP 报文的格式和内容。TCP 是传输层协议，负责可靠的数据通信，它在整个体系结构的位置如下：
作为传输层协议，主要为上层协议提供三个功能：
- 可靠传输，为每个字节安排好序号，排好序，并且有重传机制保证信息不丢失。
- 流量控制，有滑动窗口，避免发送端和接收端速率不一致导致发包过快来不及接收。
- 拥塞避免，在网络环境差的时候，控制好传包的时间间隔，避开高峰期，不给原本已经很拥堵的网络添堵。
三次握手的内容有：
| No. | Time | Source | Destionation | Protocol | Length | Info |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 379 | 4.623811 | 172.17.32.211 | 172.17.32.19 | TCP | 74 | 35973 → 8888 [SYN] Seq=0 Win=65535 Len=0 MSS=1460 SACK_PERM=1 TSval=15986187 TSecr=0 WS=256 |
| 380 | 4.623860 | 172.17.32.19 | 172.17.32.211 | TCP | 74 | 8888 → 35973 [SYN, ACK] Seq=0 Ack=1 Win=8192 Len=0 MSS=1460 WS=256 SACK_PERM=1 TSval=59355465 TSecr=15986187 |
| 393 | 4.781431 | 172.17.32.211 | 172.17.32.19 | TCP | 66 | 35973 → 8888 [ACK] Seq=1 Ack=1 Win=87808 Len=0 TSval=15986193 TSecr=59355465 |
2.2. Round 1
A 发出一个带 SYN 同步位的包，通知服务端要建立连接第一次握手，发出的 TCP 包的数据和 Wireshark 解析的结果如下：
灰色部分就是 TCP 报文的数据内容，第一个两个字节 0x8c85 = 35973 表示源端口。
TCP 报文的格式如下，对应的如上图的灰色部分。非灰色部分分别为 IP 首部和数据帧首部。
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
| 源端口 | 目的端口 |
+-----------------------------------------------+-----------------------------------------------+
| 序列号 |
+-----------------------------------------------------------------------------------------------+
| 确认号 |
+-----------+-----------------+-----------------+-----------------------------------------------+
| 首部长度 | 保留位 | U| A| P| R| S| F| 窗口 |
+-----------+-----------------+-----------------+-----------------------------------------------+
| 校验和 | 紧急指针 |
+-----------------------------------------------+-----------------------+-----------------------+
| 选项 | 填充 |
+=======================================================================+=======================+
| 数据 |- 源端口，2 字节，0x8c85 = 35973。
- 目的端口，2字节，0x22b8 = 8888。
- 序号，4 字节，0xc7a3ce5c。TCP 连接传送的每一个字节都有编号，而这里表示的是要发送的数据（data）的第一个字节的序号。后面按照这个序号递增。这里发送的是 TCP 连接的第一个包，这里的序号是随机产生的。
- 确认号，4 字节，0x00000000。期望收到的下一个报文段数据部分第一个字节的序号。如果发出了 N 确认号，就表示 N-1 之前的数据都收到了。
- 首部长度（偏移），4 位，0xa = 10。这里每一位表示4字节，所以 10*4 = 40 字节。TCP 首部的长度，因为 4 位最大的数为 15，所以整个首部最大 60 字节。首部后面就是数据字段。
- 保留位，6 位，0x000。这里还没有用到为 0，这里的设计作为一个扩展以便未来会用上。
- 控制位，6 位，0x002 = 二进制 000010。每一位都有意义，这里对应 6 种类型：
- URG，Urgent，表示紧急数据要提交，有了这个标记为整个报文就有了插队的特权，和紧急指针一起用。
- ACK，Acknowledge，1 表示这是一个确认报文，用来确认收到了包，确认报文是不带数据的。
- PSH，Push，1 表示这是一个推送报文，通知对方尽快响应。因为服务端可能因为缓存问题要等了一会儿才发包。这里就是催促一下对方赶紧发包。
- RST，Reset，1 表示拒绝了这个包，网络发生错误的时候这种包会非常多。比如重复的包就会被 reset 掉。
- SYN，Synchronization，1 表示建立连接用来同步序号。用来握手阶段，通知对方包的初始序号。
- FIN，Finish，1 表示发送方 B 完成数据发送，通知接收方 A 该结束了。
- 窗口，2 字节，0xffff = 65535。发送本报文的接收窗口大小，比如 A 发送了这个报文，表示能接收的数据量为从确认号算起来加上窗口大小，B 发送的报文字节数不能超过这个限制。这个值受 A 的缓存影响，是动态变化的。前面给出确认号为 0， 然后窗口大小 65535，表示还有 65535 的缓存空间可以接受序号 0 ~ 65535 的字节。
- 检验和，2 字节，0x068f。接收方受到报文要计算一下数据包的检验和是否和该值匹配，确保数据包的完整。这里只保证了数据完整性，并没有确认服务端身份，也没有用摘要算法。目的在于能快速检验，而且采用检验和的方式还可以使用硬件加速。
- 紧急指针，2 字节，0x0000f。和控制位 URG 配合使用，意义在于，有紧急数据要处理，这里的值表示紧急数据在报文中的位置。
固定首部后，就是可长度可以变化的选项了：
- 选项，可达 40 字节
- 最大报文长度，0x020405b4。0x2 表示这是个 MSS 选项，0x04 表示该选项一共有 4 字节，这里的 0x05b4 = 1460 为该选项的值。这个表示 TCP 数据部分的最大字节数。
- 时间戳，0x080a00f3ee0b00000000。0x8 表示这是个时间戳选项，0x0a 表示该选项一共有 10 字节，0x00f3ee = 15986187 就是发送者的发送时间，0x00000000 = 0 表示接收端的时间。
+------------------------+--------------------------------------------------------------+
| TCP 首部，20 ~ 60 字节 | 数据部分，受 MSS 大小限制 |
+------------------------+--------------------------------------------------------------+35973 → 8888 [SYN] Seq=0 Win=65535 Len=0 MSS=1460 SACK_PERM=1 TSval=15986187 TSecr=0 WS=256
- 源端口和目的端口，35973->8888。
- 序号，Seq=0，这是一个相对值而非绝对值，相对第一个包的序列号。因为是整个 TCP 流的第一包，所以 Wireshark 认定该包的序列号为 0。
- 窗口大小，win=65535，也就是发送端的当前窗口最多容纳 65535 个字节。
- 数据部分大小，Len=0，不带数据。
- 最大报文大小选择，MSS=1460，数据部分最多有 1460 个字节。
- 选择确认选项，SACK_PERM=1。
- 发送时间戳，TSval=15986187，发出这个数据包的时候的时间戳。
- 应答时间戳，TSecr=0，当前要发送的包应答的那个包的发送时间戳，因为是第一个包，应答的时间戳为 0。
- 窗口扩大，WS=256。
在发出 SYN 包后，A 端进入 SYN-SENT 状态。
2.3. Round 2
B 收到 SYN 包，发出 SYN + ACK 确认包这个包，既是确认收到了第一次握手的包，也是一个由 B 端发出的同步包，表示自己准备好了，可以开始传数据了。
因为 Wireshark 已经帮我们分析好包的内容了，上面列举的包二进制数据和 TCP 报文结构只是为了学习，实际应用可以直接看 Wireshark 的解析内容。包的内容如下:
TCP 报文包相对于第一次握手的包可以窥见一些变化：
- 源端口和目的端口：8888 -> 35973。
- 窗口大小：8192，可以看成接收端的窗口只有 8192，和发送端差距还是挺大的。
- 控制位：既有 SYN 又有 ACK。因为这既是一个接收端 B 的自己同步包，里面有一个接收端的初始序号，Wireshark 转化为相对序号 0；同时这也是对第一次握手的包的确认。因此这个包也不带数据。
- 发送时间戳：59355465
- 应答时间戳：15986187
所以，接收方 A 可以利用这个值来计算这一次 RTT，收到第二次握手的包后，计算当前时间戳减去该包的应答时间戳就是一个 RTT 的延时了。
这虽然是 ACK 包，但也是 SYN 包，所以也要消耗一个序号。
在发出这个包后，B 端进入 SYN-REVD 状态。
2.4. Round 3
A 收到后，再发出一个 ACK 确认包发出的包如下：
| No. | Time | Source | Destionation | Protocol | Length | Info |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 393 | 4.781431 | 172.17.32.211 | 172.17.32.19 | TCP | 66 | 35973 → 8888 [ACK] Seq=1 Ack=1 Win=87808 Len=0 TSval=15986193 TSecr=59355465 |
这是为什么呢？
假设我们用两次握手，然后在第一次握手期间，A 发了第一次握手包后出现了这样的场景：一直没有得到响应而进行超时重传，又发了一次包，然后我们称上一次包为失效包。然后我们可以看到，会出现这样的情形：
- 新包到达接收端 B，然后因为两次握手 B 觉得连接建立，于是等着发送端 A 发数据，A 也发了数据。
- 失效的包经过艰苦跋涉，也到达了接收端 B，B 并不清楚这是失效包，又开始等待发送端 A 发数据。然而此时 A 不发数据，所以 B 的资源就浪费掉了。
2.5. 小结
TCP 三次握手的时序图如下：
三次握手，有几个重要的任务，一个是同步序号，接收端和发送端都发出同步包来通知对方初始序号，这样子后面接收的包就可以根据序号来保证可靠传输；另一个是让发送端和接收都做好准备。然后就开始传数据了。
整个过程都发生在 HTTP 报文发出之前。HTTP 协议就是依靠着 TCP 协议来做传输的管理。TCP 可以认为是它的管家，管理着传输的大大小小的事务，比如要不要保证包顺序一致？什么时候发包？要不要收包？TCP 是很严格的。
三次握手在 Java API 层面，对应的就是 Socket 的连接的创建（最终调用的是 native 层的 socket 创建）：
socket.connect(address, connectTimeout);
比如一个场景，客户端发出一个 SYN 报文后，迟迟没有收到服务端的 SYN + ACK。这时候客户端触发重传机制，每次重传的间隔时间加倍，同样没有收到包。然后如果这段时间超出了连接超时时间的设置，那么建立连接超时就发生了。
所以，如果三次握手要花的时间，总是大于这里的 connectTimeout 时间，这个 Socket 就无法建立连接。
我们这一次请求的三次握手时间在 180ms 左右。
像在 OkHttp 中，如果是三次握手阶段的连接超时，是会有重试机制的。也就是重新建联，重新发出 SYN 报文发起 TCP 连接。重新建联的时候会更换连接的路由，如果已经没有可选择路由的话，那么这个就真的失败了。
在 OkHttp 3.9.0 的默认配置中，连接超时的时间为 10000ms = 10s。在 OkHttpClient.Builder 中。
connectTimeout = 10_000;
readTimeout = 10_000;
writeTimeout = 10_000;
