TCP三次握手、四次挥手的理解及面试题（图解过程）

      TCP 和 UDP是网络协议的传输层上的两种不同的协议。TCP的特点是面向连接的、可靠的字节流服务。客户端需要和服务器之间建立一个TCP连接，之后才能传输数据。数据到达之前对方就一直在等待，除非对方直接关闭连接，数据有序，先发先到。UDP是一种无连接、不可靠的数据发送协议。发送方根据对方的ip地址发送数据包，但是不保证接收发接包的质量，数据无序还容易丢包。虽然UDP协议不稳定但是在即时通讯（QQ聊天、在线视频、网络语音电话）的场景下，可以允许偶尔的断续，但是这种协议速度快。

TCP、UDP的报文结构   

详细引用：https://blog.csdn.net/baidu_32045201/article/details/78021536                  

 

                          UDP的报文结构                                                                             TCP的报文结构

                               

 

TCP协议三次握手、四次挥手、超时重传

通过抓包观察TCP三次握手具体报文：https://blog.csdn.net/qq_39331713/article/details/81705890

     三次握手是指建立TCP连接协议时，需要在客户端和服务器之间发送三个包，握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。

第一次握手：客户端发送第一个包，其中SYN标志位为1, ACK=0，发送顺序号sequence=X(随机int)。客户端进入SYN发送状态，等待服务器确认。

第二次握手：服务器收到这个包后发送第二个包，其中包SYN、ACK标志位为1，发送顺序号seq=Y(随机int)，接收顺序号ACK=X+1，此时服务器进入SYN接收状态。

第三次握手：客户端收到服务器传来的包后，向服务器发送第三个包，SYN=0, ACK=1，接收顺序号ACK = Y+1,发送顺序号seq=X+1。此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED建立成功状态，完成三次握手。

 

四次握手是指终止TCP连接协议时，需要在客户端和服务器之间发送四个包

1. 第一次挥手：主动关闭方发送第一个包，其中FIN标志位为1，发送顺序号seq为X。
2. 第二次挥手：被动关闭方收到FIN包后发送第二个包，其中发送顺序号seq为Z，接收顺序号ack为X+1。
3. 第三次挥手：被动关闭方再发送第三个包，其中FIN标志位为1，发送顺序号seq为Y，接收顺序号ack为X。
4. 第四次挥手：主动关闭方发送第四个包，其中发送顺序号为X，接收顺序号为Y。至此，完成四次挥手。

超时重传指的是，发送数据包在一定的时间周期内没有收到相应的ACK，等待一定的时间，超时之后就认为这个数据包丢失，就会重新发送。这个等待时间被称为RTO.  

 

深入讨论：

1、为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？

      建立连接时，ACK和SYN可以放在一个报文里来发送。而关闭连接时，被动关闭方可能还需要发送一些数据后，再发送FIN报文表示同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

2、为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？

      两个存在的理由：1、无法保证最后发送的ACK报文会一定被对方收到，所以需要重发可能丢失的ACK报文。2、关闭链接一段时间后可能会在相同的IP地址和端口建立新的连接，为了防止旧连接的重复分组在新连接已经终止后再现。2MSL足以让分组最多存活msl秒被丢弃。

3、为什么必须是三次握手，不能用两次握手进行连接？

       记住服务器的资源宝贵不能浪费!  如果在断开连接后，第一次握手请求连接的包才到会使服务器打开连接，占用资源而且容易被恶意攻击！防止攻击的方法，缩短服务器等待时间。两次握手容易死锁。如果服务器的应答分组在传输中丢失，将不知道S建立什么样的序列号，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。

 

TCP/IP五层模型和OSI网络七层协议

TCP/IP五层模型
应用层：  提供给客户端访问服务器网络服务的接口 。常用协议：HTTP、SMTP、FTP、ping、telnet、DNS、DHCP等

HTTP协议（超文本传输协议）
详见本篇博客：https://blog.csdn.net/sinat_41144773/article/details/89667597

传输层：数据传输协议TCP 或 UDP

网络层 : 负责对数据包进行路由选择和存储转发，负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段和用户数据报封装成分组（IP数据报）或包进行传送。

IP协议:逐跳发送模式；根据数据包的目的地IP地址决定数据如何发送；如果数据包不能直接发送至目的地，IP协议负责寻找一个合适的下一跳路由器，并将数据包交付给该路由器转发

ICMP协议：因特网控制报文协议，用于检测网络连接

数据链路层： 负责分配MAC地址常用协议：地址解析协议（ARP）和反地址解析协议（RARP）,实现IP地址与机器物理地址（MAC地址）之间的转换两个相邻节点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻的链路上传送帧（frame)。每一帧包括数据和必要的控制信息。网卡接口的网络驱动程序，处理数据在物理媒介上的传输；不同的物理网络具有电气特性，网络驱动程序隐藏实现细节，为上层协议提供一致接口

物理层:所传数据单位是比特（bit)。物理层要考虑用多大的电压代表1 或 0 ，以及接受方如何识别发送方所发送的比特。

各网络层对应的工作设备：
物理层：中继器、集线器
数据链路层：网桥或交换机
网络层中继系统：路由器
网络层以上的中继系统：网关

 

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