什么是TCP

TCP是面向连接、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

面向连接

一对一，
UDP 协议 ：可以一个主机同时向多个主机发送消息。

可靠的

无论的网络链路中出现了怎样的链路变化，TCP 都可以保证一个报文一定能够到达接收端；

字节流

消息是有序的，当前一个消息没有收到时，即使他先收到了后面的字节，也不会扔到应用层处理，同时对重复的报文丢弃。

TCP头部格式

***

在建立连接时由计算机生成的随机数作为其初始值，通过SYN包传给接收端主机。每发送一次数据，就累加一次该数据字节数的大小。
用来解决网络包乱序的问题。

确认应答号

指下次期望收到的数据的***，发送端收到这个确认应答之后就可以认 为这个***以前发送的数据都已经被正常接收了。
用来解决不丢包问题。

控制位 ACK, RST, SYC, FIN

ACK: 该位为 1 时，确认应答的字段变为有效。
RST: 该位为 1 时，表示TCP连接异常，对方要求重新建立连接，复位。
SYC: 该位为 1 时，表示希望建立连接，并在其***的字段进 行***初始值的设定。
FIN: 该位为 1 时，表示今后不会再有数据发送，希望断开连接。
当通信结束希望断开连接是，双方主机之间交换FIN位置为1的TCP段。

为什么需要TCP协议

IP层是不可靠的，它既不能保证网络包按序交付，也不能保证数据的完整性。
如果要保障可靠性，就需要传输层的TCP协议负责。

什么是TCP连接

用于保证可靠性和流量控制的某些状态信息。
建立TCP连接需要客户端与服务器端达成三个共识：

• Socket: 由IP地址和端口号组成。
• ***： 解决乱序问题。
• 窗口大小 流量控制

UDP和TCP区别

• 连接
  TCP 传输前要确认连接。
  UDP 不需要连接，直接传数据。

• 服务对象
  TCP 一对一
  UDP 支持一对一，一对多，多对多

• 可靠性
  TCP 可靠性强，数据可以无差别、不丢失、不重复、按需到达。
  UDP 不能保证可靠性

• 拥塞控制、流量控制
  TCP 有拥塞控制、流量控制机制，保证传输的安全性
  UDP 则没有，即使网络拥堵，也不会影响传输效率。

• 首部开销
  TCP 是可变长的选项字段，没有使用选项是20个字节，使用选项会更长。
  UDP 头部长度是不可变化的，首部只有8个字节。

• 应用场景
  TCP 可靠性强经常用于：

  • FTP文件传输
  • HTTP / HTTPS

  UDP简单高效，经常用于：

  • 包总量较少的通信，如DNS（域名系统（服务）协议）
  • 视频、音频等多媒体通信
  • 广播通信

TCP建立连接（三次握手）

TCP前必须先建立连接，而建立连接是通过三次握手进行的。

1.客户端C随机选中 1 个***作为初始***seq=x发给服务端；
2.服务端S使用确认序号ACK对客户端数据包进行确认，如果已经收到seq=x的数据包，准备接受seq=x+1的包，S 告诉 C 自己的初始序列是 seq=y.
3. C告诉S接收到了S的确认消息，并准备建立连接，C的 seq=x+1，ACK=y+1 表示C准备接收S***为 y+1 的数据包。
从上面过程可以发现，第三次握手可以携带数据，前两次握手不可以携带数据。

三次握手（两次确定）的原因

防止已失效的连接请求报文段突然又传给服务器端。
三次握手才可以同步双方的初始***。
三次握手才可以避免资源浪费。

四次挥手

TCP 断开连接是通过四次挥手实现的。TCP 连接全双工，每个方向必须单独关闭。C,S双方都可以主动断开连接，断开连接后主机中的资源将被释放。
当一方完成数据发送任务之后，发送一个FIN终止这一方向的连接，不再接收数据，但仍可以发送数据。直到这一方向发送FIN。
首先执行关闭的一方执行主动关闭，但另一方执行被动关闭。
1.数据传输接收后，S进程发出连接释放报文段，停止发送数据，仍可接收数据。C发送FIN和初始***seq，关闭数据传送，C进入FIN_WAIT状态；
2.S接收FIN，发送一个确认序列ACK到C，确认序列为收到序列+1（一个FIN占一个***），S进入CLOSE_WAIT状态；
3.S发送FIN，关闭S->C的数据传送，S进入LASK_ACK状态。
4.C收到FIN，进入TIME_WAIT状态，发送ACK给S，确认序列为收到序列+1，S进入CLOSE状态。

四次挥手的原因

关闭连接时，C向S发送FIN，仅仅表示C端不再发送数据了，但是还能接收数据。
S端收到C端的FIN报文时，先回一个ACK应答报文，告诉Client端，“你发的FIN报文我收到了”。而S端可能还有数据需要处理和发送，等S端不再发送数据，才向C端发送FIN表示同意关闭连接。
S端通常需要等待完成数据的发送和处理，所以S端的ACK和FIN一般会分开发送，所以比三次握手多了一次。

为什么TIME_wait等待时间是2MSL?

MSL 报文最大生存时间。超过这个时间报文将被丢弃。
网络中可能存在来自发送方的数据包，而这些发送方的数据包被接收方处理后 又会向对方发送请求，所以一来一回需要等待2倍时间。
Linux 系统停留在 TIME_WAIT 的时间为固定的 60 秒。

为什么需要 TIME_WAIT 状态？

主动发起关闭连接的一方，才会有 TIME-WAIT 状态。
需要 TIME-WAIT 状态，主要是两个原因：

• 防止旧数据包被收到；
• 等待足够的时间以确保ACK能让被动关闭方接收，从而帮助双方的连接都可以正常关闭；
  如果服务端 TIME_WAIT 状态过多，占满了所有端口资源，则会导致无法创建新连接。

Socket编程

针对 TCP 应该如何 Socket 编程？

监听的 socket 和真正用来传送数据的 socket，是「两个」 socket，一个叫作监听 socket，一个叫作已完成连接 socket。
成功连接建立之后，双方开始通过 read 和 write 函数来读写数据，就像往一个文件流里面写东西一样。

accept发生在三次握手哪一步？

客户端 connect 成功返回是在第二次握手，服务端 accept 成功返回是在三次握手成功之后。