TCP/IP协议HTTP协议和Socket的关系

1.IP（Internet Protocol）网际协议

• IP（Internet Protocol） 网际协议位于网络层，几乎所有使用网络的系统都会用到IP协议。IP协议的作用是把各种数据包传送给对方。为了保证传输的可靠性，我们需要IP地址和MAC地址。
• IP地址指明了节点被分配到的地址，MAC地址是网卡所属的固定地址。IP地址可变换，MAC地址基本不会更改，两者之间可以配对
• IP间的通讯依赖于MAC地址。在网络上，通信的双方都在同一局域网内的情况是十分少见的，通常是经过多台计算机和网络设备进行中转才能连接上对方。而在中转时，会利用下一站中转设备MAC地址来搜索下一个中转目标。此时采用ARP协议解析地址，根据通信方的IP地址反查出MAC地址进行通讯。

2.TCP协议

手机能够使用联网功能是因为手机底层实现了TCP/IP协议，可以使手机终端通过无线网络建立TCP连接。TCP协议可以对上层网络提供接口，使上层网络数据的传输建立在“无差别”的网络之上。
建立起一个TCP连接需要经过“三次握手”：
第一次握手：客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认;
第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN(ack=j+1)，同时自己也发送一个SYN包(syn=k)，即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态;
第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。
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。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去。断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求，断开过程需要经过“四次握手

• TCP/IP参考模型分为四个层次：应用层、传输层、网络互连层和主机到网络层。如图所示。
  

2.1 Tcp/ip的三次握手、四次挥手过程

2.11 TCP连接的建立（三次握手）

最开始的时候客户端和服务器都是处于CLOSED状态。主动打开连接的为客户端，被动打开连接的是服务器。

1. TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了LISTEN（监听）状态；
2. TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，这是报文首部中的同部位SYN=1，同时选择一个初始序列号 seq=x ，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT（同步已发送状态）状态。TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。
3. TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了SYN-RCVD（同步收到）状态。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。
4. TCP客户进程收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号
5. 当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了。
   

2.12 为什么TCP客户端最后还要发送一次确认呢？

    一句话，主要防止已经失效的连接请求报文突然又传送到了服务器，从而产生错误。

    如果使用的是两次握手建立连接，假设有这样一种场景，客户端发送了第一个请求连接并且没有丢失，只是因为在网络结点中滞留的时间太长了，由于TCP的客户端迟迟没有收到确认报文，以为服务器没有收到，此时重新向服务器发送这条报文，此后客户端和服务器经过两次握手完成连接，传输数据，然后关闭连接。此时此前滞留的那一次请求连接，网络通畅了到达了服务器，这个报文本该是失效的，但是，两次握手的机制将会让客户端和服务器再次建立连接，这将导致不必要的错误和资源的浪费。

    如果采用的是三次握手，就算是那一次失效的报文传送过来了，服务端接受到了那条失效报文并且回复了确认报文，但是客户端不会再次发出确认。由于服务器收不到确认，就知道客户端并没有请求连接。

2.13 TCP连接的释放（四次挥手）

数据传输完毕后，双方都可释放连接。最开始的时候，客户端和服务器都是处于ESTABLISHED状态，然后客户端主动关闭，服务器被动关闭。

1. 客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
2. 服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
3. 客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。
4. 服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
5. 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
6. 服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。
   

2.14 为什么客户端最后还要等待2MSL？

MSL（Maximum Segment Lifetime），TCP允许不同的实现可以设置不同的MSL值。

        第一，保证客户端发送的最后一个ACK报文能够到达服务器，因为这个ACK报文可能丢失，站在服务器的角度看来，我已经发送了FIN+ACK报文请求断开了，客户端还没有给我回应，应该是我发送的请求断开报文它没有收到，于是服务器又会重新发送一次，而客户端就能在这个2MSL时间段内收到这个重传的报文，接着给出回应报文，并且会重启2MSL计时器。

        第二，防止类似与“三次握手”中提到了的“已经失效的连接请求报文段”出现在本连接中。客户端发送完最后一个确认报文后，在这个2MSL时间中，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样新的连接中不会出现旧连接的请求报文。

2.15 为什么建立连接是三次握手，关闭连接确是四次挥手呢？

        建立连接的时候， 服务器在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，服务器收到对方的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，而自己也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即关闭，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，从而导致多了一次。

2.16 如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

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。

3.DNS域名解析服务

• DNS服务是位于应用层的协议。它提供域名与IP地址之间的解析服务。
• 计算机可以有IP地址，也可以有主机名和域名，如 blog.csdn.net。用户为了方便通常使用主机名或域名来访问对方的计算机，而不直接使用IP地址。但对于计算机来说，要理解这样的名字并不容易。所以使用DNS协议通过域名查找IP地址，或通过IP逆向查找域名。

4. http协议

        HTTP协议即超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol )，是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。
HTTP连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

5.举例说明各种协议与HTTP协议的关系

• 假设客户端发出了我想浏览https://www.example.cnWeb页面，则会有以下通信过程
  1.客户端请求DNS服务得到www.example.cn对应的IP地址，假设是 192.168.xxx.xxx
  2.HTTP协议职责——生成针对目标Web服务器的HTTP请求报文（应用层）
  3.TCP协议职责——将HTTP报文按序号分割成多个分割成报文段，把每个报文段可靠地传给对方（传输层）
  4.IP协议职责——搜索对方的地址，一边中转一边传送。（网络层）
  5.TCP协议职责——从对方那里接收到报文段，按序号重组到达的报文段（传输层）
  6.HTTP协议职责——对Web 服务器请求的内容的处理
  7.请求的处理结果也同样利用TCP/IP通信协议向用户回传。

6.socket

      socket连接就是所谓的长连接，理论上客户端和服务器端一旦建立起连接将不会主动断掉；但是由于各种环境因素可能会是连接断开，比如说：服务器端或客户端主机down了，网络故障，或者两者之间长时间没有数据传输，网络防火墙可能会断开该连接以释放网络资源。所以当一个socket连接中没有数据的传输，那么为了维持连接需要发送心跳消息~~具体心跳消息格式是开发者自己定义的。

6.1 SOCKET原理

6.11 套接字(socket)概念

套接字(socket)是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议，本地主机的IP地址，本地进程的协议端口，远地主机的IP地址，远地进程的协议端口。
应用层通过传输层进行数据通信时，TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应用层可以和传输层通过Socket接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。

6.12 建立socket连接

建立Socket连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket ，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket 。
套接字之间的连接过程分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。
服务器监听：服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。
客户端请求：指客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后就向服务器端套接字提出连接请求。
连接确认：当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时，就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户端，一旦客户端确认了此描述，双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。

7.各种协议之间的区别

7.1 TCP/IP协议与Http协议的区别

HTTP协议：简单对象访问协议，对应于应用层 ，HTTP协议是基于TCP连接的
tcp协议： 对应于传输层
ip协议： 对应于网络层
TCP/IP是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输；而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。
Socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。
http连接：http连接就是所谓的短连接，即客户端向服务器端发送一次请求，服务器端响应后连接即会断掉；

         关于TCP/IP和HTTP协议的关系，网络有一段比较容易理解的介绍：“我们在传输数据时，可以只使用（传输层）TCP/IP协议，但是那样的话，如果没有应用层，便无法识别数据内容，如果想要使传输的数据有意义，则必须使用到应用层协议，应用层协议有很多，比如HTTP、FTP、TELNET等，也可以自己定义应用层协议。WEB使用HTTP协议作应用层协议，以封装HTTP 文本信息，然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。”

        术语TCP/IP代表传输控制协议/网际协议，指的是一系列协议。“IP”代表网际协议，TCP和UDP使用该协议从一个网络传送数据包到另一个网络。把IP想像成一种高速公路，它允许其它协议在上面行驶并找到到其它电脑的出口。TCP和UDP是高速公路上的“卡车”，它们携带的货物就是像HTTP，文件传输协议FTP这样的协议等。

        所以TCP和UDP是FTP，HTTP和SMTP之类使用的传输层协议。虽然TCP和UDP都是用来传输其他协议的，它们却有一个显著的不同：TCP提供有保证的数据传输，而UDP不提供。这意味着TCP有一个特殊的机制来确保数据安全的不出错的从一个端点传到另一个端点，而UDP不提供任何这样的保证。

        HTTP(超文本传输协议)是利用TCP在两台电脑(通常是Web服务器和客户端)之间传输信息的协议。客户端使用Web浏览器发起HTTP请求给Web服务器，Web服务器发送被请求的信息给客户端。

下面的图表试图显示不同的TCP/IP和其他的协议在最初OSI模型中的位置：

1、HTTP协议的几个重要概念
1.连接(Connection)：一个传输层的实际环流，它是建立在两个相互通讯的应用程序之间。
2.消息(Message)：HTTP通讯的基本单位，包括一个结构化的八元组序列并通过连接传输。
3.请求(Request)：一个从客户端到服务器的请求信息包括应用于资源的方法、资源的标识符和协议的版本号
4.响应(Response)：一个从服务器返回的信息包括HTTP协议的版本号、请求的状态(例如“成功”或“没找到”)和文档的MIME类型。
5.资源(Resource)：由URI标识的网络数据对象或服务。
6.实体(Entity)：数据资源或来自服务资源的回映的一种特殊表示方法，它可能被包围在一个请求或响应信息中。一个实体包括实体头信息和实体的本身内容。
7.客户机(Client)：一个为发送请求目的而建立连接的应用程序。
8.用户代理(Useragent)：初始化一个请求的客户机。它们是浏览器、编辑器或其它用户工具。
9.服务器(Server)：一个接受连接并对请求返回信息的应用程序。
10.源服务器(Originserver)：是一个给定资源可以在其上驻留或被创建的服务器。
11.代理(Proxy)：一个中间程序，它可以充当一个服务器，也可以充当一个客户机，为其它客户机建立请求。请求是通过可能的翻译在内部或经过传递到其它的服务器中。一个代理在发送请求信息之前，必须解释并且如果可能重写它。
代理经常作为通过防火墙的客户机端的门户，代理还可以作为一个帮助应用来通过协议处理没有被用户代理完成的请求。
12.网关(Gateway)：一个作为其它服务器中间媒介的服务器。与代理不同的是，网关接受请求就好象对被请求的资源来说它就是源服务器；发出请求的客户机并没有意识到它在同网关打交道。
网关经常作为通过防火墙的服务器端的门户，网关还可以作为一个协议翻译器以便存取那些存储在非HTTP系统中的资源。
13.通道(Tunnel)：是作为两个连接中继的中介程序。一旦激活，通道便被认为不属于HTTP通讯，尽管通道可能是被一个HTTP请求初始化的。当被中继的连接两端关闭时，通道便消失。当一个门户(Portal)必须存在或中介(Intermediary)不能解释中继的通讯时通道被经常使用。
14.缓存(Cache)：反应信息的局域存储。

2.发送请求
打开一个连接后，客户机把请求消息送到服务器的停留端口上，完成提出请求动作。
HTTP/1.0 请求消息的格式为：
请求消息=请求行(通用信息|请求头|实体头)CRLF[实体内容]
请求 行=方法 请求URL HTTP版本号 CRLF
方 法=GET|HEAD|POST|扩展方法
U R L=协议名称+宿主名+目录与文件名
请求行中的方法描述指定资源中应该执行的动作，常用的方法有GET、HEAD和POST。不同的请求对象对应GET的结果是不同的，对应关系如下：
对象 GET的结果
文件 文件的内容
程序 该程序的执行结果
数据库查询 查询结果
HEAD??要求服务器查找某对象的元信息，而不是对象本身。
POST??从客户机向服务器传送数据，在要求服务器和CGI做进一步处理时会用到POST方法。POST主要用于发送HTML文本中FORM的内容，让CGI程序处理。
一个请求的例子为：
GEThttp://networking.zju.edu.cn/zju/index.htmHTTP/1.0 networking.zju.edu.cn/zju/index.htmHTTP/1.0 头信息又称为元信息，即信息的信息，利用元信息可以实现有条件的请求或应答。
请求头??告诉服务器怎样解释本次请求，主要包括用户可以接受的数据类型、压缩方法和语言等。
实体头??实体信息类型、长度、压缩方法、最后一次修改时间、数据有效期等。
实体??请求或应答对象本身。

3.发送响应
服务器在处理完客户的请求之后，要向客户机发送响应消息。
HTTP/1.0的响应消息格式如下：
响应消息=状态行(通用信息头|响应头|实体头) CRLF 〔实体内容〕
状态行=HTTP版本号 状态码 原因叙述
状态码表示响应类型
1×× 保留
2×× 表示请求成功地接收
3×× 为完成请求客户需进一步细化请求
4×× 客户错误
5×× 服务器错误
响应头的信息包括：服务程序名，通知客户请求的URL需要认证，请求的资源何时能使用。

4.关闭连接
客户和服务器双方都可以通过关闭套接字来结束TCP/IP对话

7.2 SOCKET连接与TCP/IP连接

创建Socket连接时，可以指定使用的传输层协议，Socket可以支持不同的传输层协议(TCP或UDP)，当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接。
socket则是对TCP/IP协议的封装和应用(程序员层面上)。也可以说，TPC/IP协议是传输层协议，主要解决数据 如何在网络中传输，而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。关于TCP/IP和HTTP协议的关系，网络有一段比较容易理解的介绍：
“我们在传输数据时，可以只使用(传输层)TCP/IP协议，但是那样的话，如 果没有应用层，便无法识别数据内容，如果想要使传输的数据有意义，则必须使用到应用层协议，应用层协议有很多，比如HTTP、FTP、TELNET等，也 可以自己定义应用层协议。WEB使用HTTP协议作应用层协议，以封装HTTP文本信息，然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。”
我们平时说的最多的socket是什么呢，实际上socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口(API)，通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。 实际上，Socket跟TCP/IP协议没有必然的联系。Socket编程接口在设计的时候，就希望也能适应其他的网络协议。所以说，Socket的出现 只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已，是对TCP/IP协议的抽象，从而形成了我们知道的一些最基本的函数接口，比如create、 listen、connect、accept、send、read和write等等。网络有一段关于socket和TCP/IP协议关系的说法比较容易理解：
“TCP/IP只是一个协议栈，就像操作系统的运行机制一样，必须要具体实现，同时还要提供对外的操作接口。这个就像操作系统会提供标准的编程接口，比如win32编程接口一样，TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口。”
实际上，传输层的TCP是基于网络层的IP协议的，而应用层的HTTP协议又是基于传输层的TCP协议的，而Socket本身不算是协议，就像上面所说，它只是提供了一个针对TCP或者UDP编程的接口。socket是对端口通信开发的工具,它要更底层一些.

7.3 Socket连接与HTTP连接

由于通常情况下Socket连接就是TCP连接，因此Socket连接一旦建立，通信双方即可开始相互发送数据内容，直到双方连接断开。但在实际网络应用中，客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点，例如路由器、网关、防火墙等，大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致 Socket 连接断连，因此需要通过轮询告诉网络，该连接处于活跃状态。
而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式，不仅在请求时需要先建立连接，而且需要客户端向服务器发出请求后，服务器端才能回复数据。
很多情况下，需要服务器端主动向客户端推送数据，保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是Socket连接，服务器就可以直接将数据传送给客户端;若双方建立的是HTTP连接，则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端，因此，客户端定时向服务器端发送连接请求，不仅可以保持在线，同时也是在“询问”服务器是否有新的数据，如果有就将数据传给客户端。

8 补充内容

http协议是应用层的协议
两个计算机之间的交流无非是两个端口之间的数据通信,具体的数据会以什么样的形式展现是以不同的应用层协议来定义的如HTTPFTP…
有个比较形象的描述：HTTP是轿车，提供了封装或者显示数据的具体形式;Socket是发动机，提供了网络通信的能力。
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原文链接：https://blog.csdn.net/u012431703/article/details/93892640
<1>Socket是一个针对TCP和UDP编程的接口，你可以借助它建立TCP连接等等。而TCP和UDP协议属于传输层 。
而http是个应用层的协议，它实际上也建立在TCP协议之上(HTTP是轿车，提供了封装或者显示数据的具体形式；Socket是发动机，提供了网络通信的能力)。

<2>Socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。Socket的出现只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已，是对TCP/IP协议的抽象，从而形成了我们知道的一些最基本的函数接口。

短连接
连接->传输数据->关闭连接
HTTP是无状态的，浏览器和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，但任务结束就中断连接。
也可以这样说：短连接是指SOCKET连接后发送后接收完数据后马上断开连接。
长连接
连接->传输数据->保持连接 -> 传输数据-> 。。。 ->关闭连接。
长连接指建立SOCKET连接后不管是否使用都保持连接，但安全性较差。
http的长连接
HTTP也可以建立长连接的，使用Connection:keep-alive，HTTP 1.1默认进行持久连接。HTTP1.1和HTTP1.0相比较而言，最大的区别就是增加了持久连接支持(貌似最新的 http1.0 可以显示的指定 keep-alive),但还是无状态的，或者说是不可以信任的。
什么时候用长连接，短连接？
长连接多用于操作频繁，点对点的通讯，而且连接数不能太多情况，。每个TCP连接都需要三步握手，这需要时间，如果每个操作都是先连接，再操作的话那么处理速度会降低很多，所以每个操作完后都不断开，次处理时直接发送数据包就OK了，不用建立TCP连接。例如：数据库的连接用长连接， 如果用短连接频繁的通信会造成socket错误，而且频繁的socket 创建也是对资源的浪费。
而像WEB网站的http服务一般都用短链接，因为长连接对于服务端来说会耗费一定的资源，而像WEB网站这么频繁的成千上万甚至上亿客户端的连接用短连接会更省一些资源，如果用长连接，而且同时有成千上万的用户，如果每个用户都占用一个连接的话，那可想而知吧。所以并发量大，但每个用户无需频繁操作情况下需用短连好。
总之，长连接和短连接的选择要视情况而定。
发送接收方式
1、异步
报文发送和接收是分开的，相互独立的，互不影响。这种方式又分两种情况：
(1)异步双工：接收和发送在同一个程序中，由两个不同的子进程分别负责发送和接收
(2)异步单工：接收和发送是用两个不同的程序来完成。
2、同步
报文发送和接收是同步进行，既报文发送后等待接收返回报文。 同步方式一般需要考虑超时问题，即报文发出去后不能无限等待，需要设定超时时间，超过该时间发送方不再等待读返回报文，直接通知超时返回。
在长连接中一般是没有条件能够判断读写什么时候结束，所以必须要加长度报文头。读函数先是读取报文头的长度，再根据这个长度去读相应长度的报文

8.1 TCP面试题

TCP的定义

TCP全称为Transmission Control Protocol（传输控制协议），是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP是为了在不可靠的互联网络上提供可靠的端到端字节流而专门设计的一个传输协议。

TCP的三次握手和四次挥手，通常也作为各大公司常见的面试考题，具有一定的水平区分度。

本文会围绕，从三次握手和四次挥手相关的一系列核心问题，分享如何更准确回答和应对常见的面试问题，以后面对再刁钻的面试官，你都可以随意地跟他扯皮了

优雅回答三次握手

三次握手：服务端新建套接字，绑定地址信息后开始监听，进入LISTEN状态。客户端新建套接字绑定地址信息后调用connect，发送连接请求SYN，并进入SYN_SENT状态，等待服务器的确认。服务端一旦监听到连接请求，就会将连接放入内核等待队列中，并向客户端发送SYN和确认报文段ACK，进入SYN_RECD状态。客户端收到SYN+ACK报文后向服务端发送确认报文段ACK，并进入ESTABLISHED状态，开始读写数据。服务端一旦收到客户端的确认报文，就进入ESTABLISHED状态，就可以进行读写数据了

为什么握手是三次，而不是两次或者四次？

答：两次不安全，四次没必要。tcp通信需要确保双方都具有数据收发的能力，得到ACK响应则认为对方具有数据收发的能力，因此双方都要发送SYN确保对方具有通信的能力。第一次握手是客户端发送SYN，服务端接收，服务端得出客户端的发送能力和服务端的接收能力都正常；第二次握手是服务端发送SYN+ACK，客户端接收，客户端得出客户端发送接收能力正常，服务端发送接收能力也都正常，但是此时服务器并不能确认客户端的接收能力是否正常；第三次握手客户端发送ACK，服务器接收，服务端才能得出客户端发送接收能力正常，服务端自己发送接收能力也都正常。

三次握手可以携带数据吗？

答：第一次、第二次握手不可以携带数据，而第三次握手是可以携带数据的。假设第一次可以携带数据，如果有人恶意公鸡服务器，每次都在第一次我手中的SYN报文放入大量数据，重复发送大量SYN报文，此时服务器会花费大量内存空间来缓冲这些报文，服务器就更容易被攻击了

tcp三次握手失败，服务端会如何处理?

答：握手失败的原因有两种，第一种是服务端没有收到SYN，则什么都不做；第二种是服务端回复了SYN+ACK后，长时间没有收到ACK响应，则超时后就会发送RST重置连接报文，释放资源

ISN代表什么？意义何在？ISN是固定不变的吗？ISN为何要动态随机

答：ISN全称是Initial Sequence Number，是TCP发送方的字节数据编号的原点，告诉对方我要开始发送数据的初始化序列号。ISN如果是固定的，攻击者很容易猜出后序的确认号，为了安全起见，避免被第三方猜到从而发送伪造的RST报文，因此ISN是动态生成的

什么是半连接队列

答：服务器第一次收到客户端的SYN之后，就会处于SYN_RECD状态，此时双方还没有完全建立连接。服务器会把这种状态下的请求连接放在一个队列里，我们把这种队列称之为半连接队列。当然还有一个全连接队列，就是已经完成三次握手，建立起来连接的就会放在全连接队列中，如果队列满了就有可能出现丢包现象

优雅回答四次挥手

四次挥手：客户端主动调用close时，向服务端发送结束报文段FIN报，同时进入FIN_WAIT1状态；服务器会收到结束报文段FIN报，服务器返回确认报文段ACK并进入CLOSE_WAIT状态，此时如果服务端有数据要发送的话，客户端依然需要接收。客户端收到服务器对结束报文段的确认，就会进入到FIN_WAIT2状态，开始等待服务器的结束报文段；服务器端数据发送完毕后，当服务器真正调用close关闭连接时，会向客户端发送结束报文段FIN包，此时服务器进入LAST_ACK状态，等待最后一个ACK的带来；客户端收到服务器发来的结束报文段, 进入TIME_WAIT, 并发出送确认报文段ACK；服务器收到了对结束报文段确认的ACK，进入CLOSED状态，断开连接。而客户端要等待2MSL的时间，才会进入到CLOSED状态

为什么握手是三次，而挥手时需要四次呢？

答：其实在TCP握手的时候，接收端将SYN包和ACK确认包合并到一个包中发送的，所以减少了一次包的发送。对于四次挥手，由于TCP是全双工通信，主动关闭方发送FIN请求不代表完全断开连接，只能表示主动关闭方不再发送数据了。而接收方可能还要发送数据，就不能立即关闭服务器端到客户端的数据通道，所以就不能将服务端的FIN包和对客户端的ACK包合并发送，只能先确认ACK，等服务器无需发送数据时在发送FIN包，所以四次挥手时需要四次数据包的交互

TIME_WAIT状态有什么作用，为什么主动关闭方没有直接进入CLOSED状态释放资源？

答：如果主动关闭方进入CLOSED状态后，被动关闭方发送FIN包后没有得到ACK确认，超时后就会重传一个FIN包。如果客户端没有TIME_WAIT状态而直接进入CLOSED状态释放资源，下次启动新的客户端就可能使用了与之前客户端相同的地址信息，有两个危害，第一种是这个刚启动的新的客户端绑定地址成功时，就会收到了一个重传的FIN包，对新连接就会造成影响。第二种是如果该新客户端向相同的服务端发送SYN连接请求，但是此时服务端处于LAST_ACK状态，要求收到的是ACK而不是SYN，因此就会发送RST重新建立请求。

为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL才能进入CLOASE状态?

答：MSL指的是报文在网络中最大生存时间。在客户端发送对服务端的FIN确认包ACK后，这个ACK包有可能到达不了，服务器端如果接收不到ACK包就会重新发送FIN包。所以客户端发送ACK后需要留出2MSL时间（ACK到达服务器器+服务器发送FIN重传包，一来一回）等待确认服务器端缺失收到了ACK包。也就是说客户端如果等待2MSL时间也没收到服务器端重传的FIN包，则就可以确认服务器已经收到客户端发送的ACK包

一台主机上出现大量的TIME_WAIT是什么原因？应该如何处理？

答：TIME_WAIT是主动关闭方出现的，一台主机出现大量的TIME_WAIT证明这台主机上发起大量的主动关闭连接。常见于一些爬虫服务器。这时候我们应该调整TIME_WAIT的等待时间，或者开启套接字地址重用选项

一台主机上出现大量的CLOSE_WAIT是什么原因？应该如何处理？

答：CLOSE_WAIT是被动关闭方收到FIN请求进行回复之后的状态，等待上层程序进一步处理，若出现大量CLOSE_WAIT，有可能是被动关闭方主机程序中忘了最后一步断开连接后调用close释放资源。这是一个 BUG.，只需要加上对应的 close 即可解决问题

tcp连接管理中的保活机制

答：tcp通信中，若两端长时间没有数据往来，则这时候每隔一段时间，服务端会向客户端发送一个保活探测数据报，要求客户端进行回复。若连续多次没有收到响应，就认为连接已经断开。长时间默认为7200s，每隔一段时间默认为75s，连续多次无响应默认为9次。这些数据都可以在套接字中修改，接口：Setsockopt