TCP连接建立

TCP: 一种面向来连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

• 面向连接： 数据在发送之前必须在两端建立连接，方法就是我们熟知的三次握手连接。
• 可靠传输： 通过多种机制来保证数据的正确传输，比如序列号/确认应答机制、检验和机制、超时重传机制、流量控制、拥塞避免机制等。
• 基于字节流： 虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块（大小不等），但TCP把应用程序看成是一连串的无结构的字节流。TCP有一个缓冲，当应用程序传送的数据块太长，TCP就可以把它划分短一些再传送。如果应用程序一次只发送一个字节，TCP也可以等待积累有足够多的字节后再构成报文段发送出去。

特点：

• 面向连接
• 仅支持单播传输
• 面向字节流
• 可靠传输
• 提供全双工通信

TCP的三次握手：

在这里插入图片描述

1、客户端向服务器申请建立TCP连接，向服务发送一个SYN报文，作为第一次握手。客户端把这段连接的SYN设定为随机数A。

2、服务器端收到SYN报文后，会向客户端发送一个报文。报文中ACK的确认码为A+1，同时发送另一个SYN为随机序号B。

3，此时，客户端收到ACK为A+1的报文，将之与发送的SYN包进行比对，如果满足+1的关系，则在客户端判断连接已建立。并给服务器发送确认数据包，SYN为A+1，表明已收到上一报文，ACk为B+1，通知服务器进入连接状态。

TCP的四次挥手：

在这里插入图片描述

1、客户端向服务器发送一个FIN报文，作为第一次挥手。通知服务器，我已经没有数据还要发送。但不确认服务器是否仍有数据返回，所以连接仍是建立状态。
2、服务器收到FIN报文，返回一个ACK报文，告诉客户端，我知道你已经没有东西要发送了，但我还要再确认一下我是不是还有东西要给你。
3、服务器判断自己也没有报文需要发送给客户端，发送FIN报文，告诉客户端，好了，这下我也没有东西要给你了，你可以终结连接了。此时服务器不确认客户端是否收到信息，继续保持连接。
4、客户端收到ACK和FIN消息后，得知服务器已经知道自己要终结，并无更新内容，便给服务器发送一个ACK说我知道了，你也终结吧，客户机便终结连接。服务器在收到一条ACK后，也终结连接。

面试题：

1. 为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。
其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。
只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

2. 为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？

按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。
在Client发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。
所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。
如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。

3. 为什么不能用两次握手进行连接？

3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。

现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发 送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S 是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分 组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

4. 如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

CP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

5. 在握手与挥手的过程中，往复的ack与seq有什么含义？

这是通信双方在通信过程中的一种确认手段，确保通信双方通信的正确性。例如小时候模仿电视剧里无线电呼叫的过程：“土豆土豆，我是地瓜，你能听到吗？”“地瓜地瓜，我是土豆，我能听到”。 若客户端的报文请求号为“土豆”，则服务器端就将返回确认号“土豆+1”（标志土豆已收到），是一种通信双方的确认手段。

6. 在结束连接的过程中，为什么在收到服务器端的连接释放报文段之后，客户端还要继续等待2MSL之后才真正关闭TCP连接呢？

① 需要保证服务器端收到了客户端的最后一条确认报文。假如这条报文丢失，服务器没有接收到确认报文，就会对连接释放报文进行超时重传，而此时客户端连接已关闭，无法做出响应，就造成了服务器端不停重传连接释放报文，而无法正常进入关闭状态的状况。而等待2MSL，就可以保证服务器端收到了最终确认；若服务器端没有收到，那么在2MSL之内客户端一定会收到服务器端的重传报文，此时客户端就会重传确认报文，并重置计时器。
②存在一种“已失效的连接请求报文段”，需要避免这种报文端出现在本连接中，造成异常。

这种“已失效的连接请求报文段”是这么形成的：假如客户端发出了连接请求报文，然而服务器端没有收到，于是客户端进行超时重传，再一次发送了连接请求报文，并成功建立连接。然而，第一次发送的连接请求报文并没有丢失，只是在某个网络结点中发生了长时间滞留，随后，这个最初发送的报文段到达服务器端，会使得服务器端误以为客户端发出了新的请求，造成异常。

7. 若通信双方同时请求连接或同时请求释放连接，情况如何？

这种情况虽然发生的可能性极小，但是是确实存在的，TCP也特意设计了相关机制，使得在这种情况下双方仅建立一条连接。双方同时请求连接的情况下，双方同时发出请求连接报文，并进入SYN-SENT状态；当收到对方的请求连接报文后，会再次发送请求连接报文，确认号为对方的SYN+1，并进入SYN-RCVD状态；当收到对方第二次发出的携带确认号的请求报文之后，会进入ESTAB-LISHED状态。 双方同时请求释放连接也是同样的，双方同时发出连接释放报文，并进入FIN-WAIT-1状态；在收到对方的报文之后，发送确认报文，并进入CLOSING状态；在收到对方的确认报文后，进入TIME-WAIT状态，等待2MSL之后关闭连接。需要注意的是，这个时候虽然不用再次发送确认报文并确认对方收到，双方仍需等待2MSL之后再关闭连接，是为了防止“已失效的连接请求报文段”的影响

如果此文对你有用请动动你的小手点个赞！谢谢！！！