两将军问题和TCP三次握手

两将军问题，又被称为两将军悖论、两军问题，是一个经典的计算机思想实验。

首先，为避免混淆，我们需要认识到两将军问题虽然与拜占庭将军问题相关，但两者不是一个东西。拜占庭将军问题是一个更通用的两将军问题版本，通常在分布式系统故障容错、区块链中广泛讨论。

1.双将军问题

两支军队，驻扎在两个山头，准备攻击山谷里的同一伙敌人，两将军只有同时发起进攻才能获胜，两将军通信的的唯一方式是派遣信使通过山谷，山谷处于敌占区。

如果信使被俘获了，那么攻击信息将会丢失。

宏观现象一：两将军先后派遣信使，交替确认收到的攻击信息，交替确认是无止尽的，两将军不能达成共识。

微观现象二：将军A派遣信使，过了很长时间未收到回复，将军A不知道是自己的信使被俘获了还是将军B的确认信使被俘获了。

我们意识到无论交替传递多少次信息，两将军都不能达成同一时间攻击的共识。

两将军问题是无解的，目前的tcp三次握手、四次挥手都是工程解(这个一会再聊)。

2.双将军问题的头脑风暴

许多人试图解决/缓解双将军问题，提出了一些能落地的实践。

这里我们依旧还是假设通道的不确定性，信使只会被俘获，但是不会叛变篡改。

2.1 霰弹打鸟

如果A将军每次派遣100名信使(编号1到100)，期待B将军最差也能收到一名信使的信息。

B将军根据收到的信使数量，评估这条通道的可靠性，并根据概率也派遣合适数量的确认信使。

eg: A 将军派遣100信使，B将军收到10名信使的信息，B将军基本可确认这条信道可靠度为1/10，B将军最少应派出10名信使(根据概率会有1名信使到达对岸)。

2.2 间歇性重试

霰弹打鸟的姿势太费信使了，但是可以帮助将军提高信心，达成共识。

还有一种少费信使(并能提高将军信心)的策略，假设跨越山谷到达对岸并返回耗时20min， A将军可间隔20min派遣信使到对岸，直到收到对岸B将军的首次信使确认(就不再派遣)。

以上两种策略分别是对速度和成本的权衡，采用哪一种取决于哪一种更适合我们遇到的问题。

3. 为什么说tcp三次握手是双将军问题的工程解？

知乎上有个问题：

TCP 为什么是三次握手，而不是两次或四次？

分别从三个角度回答。

希望大家仔细读一读。

首先我们要知道：

三次握手是为了在两个方向上同步(syn)序列号(seq=m)，同步一次序列号需要一去一回两个包，俩方向就4个包。第2，3个包由一侧发出可以合并到一起所以最后三个包。

但是根据双将军问题，谁说一来一回两个包就能确保同步成功。

为了缓解双将军问题，tcp3次握手增加了超时重试的机制。

第一个包： A发送给B的SYN中途丢失，没有到达B

A会周期性超时重传，直到收到B的确认。

第二个包，即是发送给A的SYN+ACK 中途丢失，没有到达A

B会周期性超时重传，直到收到A的确认。（实际上，A因为没有收到确认，也会重传）

第三个包：即A发送给ACK 中途丢失，没有到达B

A发完ACK，单方面认为tcp Established状态，而B显然认为tcp为Active状态。

a. 假定此时双方都没有数据发送，B会周期性超时重传，直到收到A的确认，收到之后B的TCP 连接也为 Established状态，双向可以发包。

b. 假定此时A有数据发送，B收到A的 Data + ACK，自然会切换为established 状态，并接受A的 Data。

c. 假定B有数据发送，数据发送不了，会一直周期性超时重传SYN + ACK，直到收到A的确认才可以发送数据。

小林coding 有一篇讲解了握手异常很是牛叉

总结

本文记录了两将军问题: 对于不可靠信道，无数次确认都不能达成可靠共识。

TCP 三次握手是在两个方向确认包的序列号，增加了超时重试，是两将军问题的一个工程解。

（本文部分内容提炼自知乎，感谢这届网友的智慧）