目錄

一、兩種傳輸模式：

二、數(shù)據(jù)方向：

三、端口的作用：

四、端口類型：

五、三次握手：

六、四次斷開

常見面試題

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TCP（Transfer control protocol）傳輸控制協(xié)議

一、兩種傳輸模式：

TCP面向有連接	可靠	常用于點對點	微信
UDP面向無連接	高速	常用于點對面	直播

二、數(shù)據(jù)方向：

　　在互聯(lián)網(wǎng)的通信中，永遠是客戶端主動連接到服務端

三、端口的作用：

　　計算機用于數(shù)據(jù)通信的虛擬接口

四、端口類型：

物理端口	用于連接物理設備，例如網(wǎng)線、USB等
虛擬端口	用于數(shù)據(jù)傳輸，例如：80/21/22等

補充：虛擬端口范圍是：1-65535

五、三次握手：

• 序列號seq：占4個字節(jié)，用來標記數(shù)據(jù)段的順序，TCP把連接中發(fā)送的所有數(shù)據(jù)字節(jié)都編上一個序號，第一個字節(jié)的編號由本地隨機產(chǎn)生；給字節(jié)編上序號后，就給每一個報文段指派一個序號；序列號seq就是這個報文段中的第一個字節(jié)的數(shù)據(jù)編號。
• 確認號ack：占4個字節(jié)，期待收到對方下一個報文段的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)的序號；序列號表示報文段攜帶數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的編號；而確認號指的是期望接收到下一個字節(jié)的編號；因此當前報文段最后一個字節(jié)的編號+1即為確認號。
• 確認ACK：占1位，僅當ACK=1時，確認號字段才有效。ACK=0時，確認號無效。
• 同步SYN：連接建立時用于同步序號。當SYN=1，ACK=0時表示：這是一個連接請求報文段。若同意連接，則在響應報文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示這是一個連接請求，或連接接受報文。SYN這個標志位只有在TCP建產(chǎn)連接時才會被置1，握手完成后SYN標志位被置0。
• 終止FIN：用來釋放一個連接。FIN=1表示：此報文段的發(fā)送方的數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢，并要求釋放運輸連接。
• 注意：ACK、SYN和FIN這些大寫的單詞表示標志位，其值要么是1，要么是0；ack、seq小寫的單詞表示序號。

1、握手過程：

00	SYN=0,ACK=O	簡寫	沒有操作
10	SYN=1,ACK=0	SYN=1	連接請求
11	SYN=1,ACK=1	SYN=1,ACK=1	請求確認
01	SYN=0,ACK=1	ACK=1	連接確認

• 第一次握手：建立連接時，客戶端發(fā)送syn包（syn=j）到服務器，并進入SYN_SENT狀態(tài)，等待服務器確認；SYN：同步序列編號（Synchronize Sequence Numbers）。
• 第二次握手：服務器收到syn包，必須確認客戶的SYN（ack=j+1），同時自己也發(fā)送一個SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時服務器進入SYN_RECV狀態(tài)。
• 第三次握手：客戶端收到服務器的SYN+ACK包，向服務器發(fā)送確認包ACK(ack=k+1），此包發(fā)送完畢，客戶端和服務器進入ESTABLISHED（TCP連接成功）狀態(tài)，完成三次握手。

2、字段含義：

字段	含義
URG	緊急指針是否有效。為1，表示某一位需要被優(yōu)先處理
ACK	表示響應，確認號是否有效，一般置為1。
PSH	表示有DATA數(shù)據(jù)傳輸，提示接收端應用程序立即從TCP緩沖區(qū)把數(shù)據(jù)讀走。
RST	對方要求重新建立連接，復位。
SYN	請求建立連接，并在其序列號的字段進行序列號的初始值設定。建立連接，設置為1。
FIN	希望斷開連接，表示關閉連接

3、為何需要三次握手：

一次握手	打破TCP可靠性
二次握手	服務器需等待

4、英文術語：

LISTEN	監(jiān)聽
SYN-SENT	SYN已發(fā)送
SYN-RCVD	SYN已接收
ESTABLISHED	已經(jīng)連接

六、四次斷開

斷開過程：

00	FIN=0,ACK=0	簡寫	沒有操作
10	FIN=1,ACK=0	FIN=1	斷開請求
11	FIN=1,ACK=1	FIN=1,ACK=1	請求確認
01	FIN=0,ACK=1	ACK=1	斷開確認

1）客戶端進程發(fā)出連接釋放報文，并且停止發(fā)送數(shù)據(jù)。釋放數(shù)據(jù)報文首部，FIN=1，其序列號為seq=u（等于前面已經(jīng)傳送過來的數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)的序號加1），此時，客戶端進入FIN-WAIT-1（終止等待1）狀態(tài)。?TCP規(guī)定，FIN報文段即使不攜帶數(shù)據(jù)，也要消耗一個序號。

2）服務器收到連接釋放報文，發(fā)出確認報文，ACK=1，ack=u+1，并且?guī)献约旱男蛄刑杝eq=v，此時，服務端就進入了CLOSE-WAIT（關閉等待）狀態(tài)。TCP服務器通知高層的應用進程，客戶端向服務器的方向就釋放了，這時候處于半關閉狀態(tài)，即客戶端已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，但是服務器若發(fā)送數(shù)據(jù)，客戶端依然要接受。這個狀態(tài)還要持續(xù)一段時間，也就是整個CLOSE-WAIT狀態(tài)持續(xù)的時間。

3）客戶端收到服務器的確認請求后，此時，客戶端就進入FIN-WAIT-2（終止等待2）狀態(tài)，等待服務器發(fā)送連接釋放報文（在這之前還需要接受服務器發(fā)送的最后的數(shù)據(jù)）。

4）服務器將最后的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，就向客戶端發(fā)送連接釋放報文，FIN=1，ack=u+1，由于在半關閉狀態(tài)，服務器很可能又發(fā)送了一些數(shù)據(jù)，假定此時的序列號為seq=w，此時，服務器就進入了LAST-ACK（最后確認）狀態(tài)，等待客戶端的確認。

5）客戶端收到服務器的連接釋放報文后，必須發(fā)出確認，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列號是seq=u+1，此時，客戶端就進入了TIME-WAIT（時間等待）狀態(tài)。注意此時TCP連接還沒有釋放，必須經(jīng)過2??MSL（最長報文段壽命）的時間后，當客戶端撤銷相應的TCB后，才進入CLOSED狀態(tài)。

6）服務器只要收到了客戶端發(fā)出的確認，立即進入CLOSED狀態(tài)。同樣，撤銷TCB后，就結束了這次的TCP連接。可以看到，服務器結束TCP連接的時間要比客戶端早一些。

常見面試題

【問題1】為什么連接的時候是三次握手，關閉的時候卻是四次握手？

答：因為當Server端收到Client端的SYN連接請求報文后，可以直接發(fā)送SYN+ACK報文。其中ACK報文是用來應答的，SYN報文是用來同步的。但是關閉連接時，當Server端收到FIN報文時，很可能并不會立即關閉SOCKET，所以只能先回復一個ACK報文，告訴Client端，"你發(fā)的FIN報文我收到了"。只有等到我Server端所有的報文都發(fā)送完了，我才能發(fā)送FIN報文，因此不能一起發(fā)送。故需要四步握手。

【問題2】為什么TIME_WAIT狀態(tài)需要經(jīng)過2MSL(最大報文段生存時間)才能返回到CLOSE狀態(tài)？

答：雖然按道理，四個報文都發(fā)送完畢，我們可以直接進入CLOSE狀態(tài)了，但是我們必須假象網(wǎng)絡是不可靠的，有可以最后一個ACK丟失。所以TIME_WAIT狀態(tài)就是用來重發(fā)可能丟失的ACK報文。在Client發(fā)送出最后的ACK回復，但該ACK可能丟失。Server如果沒有收到ACK，將不斷重復發(fā)送FIN片段。所以Client不能立即關閉，它必須確認Server接收到了該ACK。Client會在發(fā)送出ACK之后進入到TIME_WAIT狀態(tài)。Client會設置一個計時器，等待2MSL的時間。如果在該時間內(nèi)再次收到FIN，那么Client會重發(fā)ACK并再次等待2MSL。所謂的2MSL是兩倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一個片段在網(wǎng)絡中最大的存活時間，2MSL就是一個發(fā)送和一個回復所需的最大時間。如果直到2MSL，Client都沒有再次收到FIN，那么Client推斷ACK已經(jīng)被成功接收，則結束TCP連接。

【問題3】為什么不能用兩次握手進行連接？

答：3次握手完成兩個重要的功能，既要雙方做好發(fā)送數(shù)據(jù)的準備工作(雙方都知道彼此已準備好)，也要允許雙方就初始序列號進行協(xié)商，這個序列號在握手過程中被發(fā)送和確認。

???????現(xiàn)在把三次握手改成僅需要兩次握手，死鎖是可能發(fā)生的。作為例子，考慮計算機S和C之間的通信，假定C給S發(fā)送一個連接請求分組，S收到了這個分組，并發(fā)?送了確認應答分組。按照兩次握手的協(xié)定，S認為連接已經(jīng)成功地建立了，可以開始發(fā)送數(shù)據(jù)分組?？墒?#xff0c;C在S的應答分組在傳輸中被丟失的情況下，將不知道S?是否已準備好，不知道S建立什么樣的序列號，C甚至懷疑S是否收到自己的連接請求分組。在這種情況下，C認為連接還未建立成功，將忽略S發(fā)來的任何數(shù)據(jù)分?組，只等待連接確認應答分組。而S在發(fā)出的分組超時后，重復發(fā)送同樣的分組。這樣就形成了死鎖。

【問題4】如果已經(jīng)建立了連接，但是客戶端突然出現(xiàn)故障了怎么辦？

TCP還設有一個保活計時器，顯然，客戶端如果出現(xiàn)故障，服務器不能一直等下去，白白浪費資源。服務器每收到一次客戶端的請求后都會重新復位這個計時器，時間通常是設置為2小時，若兩小時還沒有收到客戶端的任何數(shù)據(jù)，服務器就會發(fā)送一個探測報文段，以后每隔75秒鐘發(fā)送一次。若一連發(fā)送10個探測報文仍然沒反應，服務器就認為客戶端出了故障，接著就關閉連接。