Java TCP/IP协议

简介

       在TCP/IP协议中能够实现传输层功能的、具有代表性的协议是TCP、UDP。

TCP

       TCP是面向连接的、可靠的流协议。流就是指不间断的数据结构，你可以把他想象成排水管道中的水流。当应用程序采用TCP发送消息时，虽然可以保证发送的顺序，但还是犹如没有任何间隔的数据流发送给接收端。
       TCP为提供可靠性传输，实行“顺序控制”或“重发控制”机制。此外还具备“流控制（流量控制）”、“拥堵控制”、提供网络利用率等众多功能。
       TCP通过检验和、序列号、确认应答、重发控制、连接管理以及窗口控制等机制实现可靠性传输。

三次握手、四次挥手

三次握手、四次挥手

面试问题补充

• 为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？
  答：这是因为服务端在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时，当收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，己方也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即close，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方ACK和FIN一般都会分开发送。

• 为什么不能用两次握手进行连接？
  答：我们知道，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。

窗口控制与重发机制

       TCP每发一个段（TCP以段为单位发送数据）进行一次确认应答处理，效率较低（当包的往返时间过长时）。所以引进了滑动窗口控制解决这个问题。

滑动窗口

• 全部数据已收到但是未收到应答

  
  
  无需重传

• 数据未收到

  
  
  重传丢失的数据

面试问题补充

• 为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL才能返回到CLOSE状态？
  答：这是因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到，因此对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。

• 如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？
  答：TCP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分钟发送一次。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。

UDP

       UDP是不具有可靠性的数据报协议。细微的处理它会交给上层的应用去完成。在UDP的情况下，虽然可以确保发送消息的大小，却不能保证消息一定会到达。因此，应用有时会根据自己的需要进行重发处理。

UDP的特点及使用场景

       UDP不提供复杂的控制机制，利用IP提供面向无连接的通信服务。并且它是将应用程序发来的数据在收到的那一刻，立即按照原样发送到网络上的一种机制。
       即使是出现网络拥堵的情况下，UDP也无法进行流量控制等避免网络拥堵的行为。此外，传输途中即使出现丢包，UDP也不负责重发。甚至当出现包的到达顺序错乱时也没有纠正功能。如果需要这些细节控制，那么不得不交由采用UDP的应用程序去处理。UDP有点类似于用户说什么听什么的机制，但是需要用户充分考虑好上层协议类型并制作相应的应用程序。因此，也可以说，UDP按照“制作程序的哪些用户的指示行事”。
       由于UDP面向无连接，它可以随时发送数据。再加上UDP本身的处理既简单又高效，因此经常用于以下几个方面：

• 包总量较小的通信（DNS、SNMP等）。
• 视频、音频等多媒体通信（即时通讯）。
• 限定于LAN等特定网络中的应用通信。
• 广播通信（广播、多播）。