TCP/IP 网络通信知识记录

TCP/IP特点：

①面向连接的运输层协议，在使用前必须先建立连接，传输完毕后必须释放已建立的连接；
②每一条TCP连接只能有两个端点，一对一的；
③TCP提供可靠交付的服务，通过TCP连续传送的数据，无差错、不丢失、不重复并且按序到达；
④TCP提供全双工通信，TCP两端都设有发送缓存和接收缓存，用来临时存放双向通信的数据；
⑤面向字节流；
数据包大小限制1460；
套接字 Socket = （IP地址：端口号）

网络知识

IP地址

分为网络号和主机号，IP地址（IPADDR）与掩码（NETMASK）进行二进制的按位与，如IP:192.168.6.63，掩码255.255.255.0，按位与后网络号即192.168.6，主机号63；

网关

与IP地址处于同网段，局域网中所有的数据包都交给网关，由网关负责发送给外部网络，起衔接作用；

基本的协议号端口号

以太网协议号：IP:0x0800，ARP:0x0806;
IP协议号：ICMP:1,TCP:6,UDP:17;
端口号：FTP:20 21,SSH:22,Telnet:23,SMTP:25,HTTP:80;

TCP/IP 连接过程（转载）

三次握手过程

第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=x）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=y），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=y+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手。

四次挥手过程

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。

常见面试题

【问题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？

答：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。

【问题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？

理由1：为了保证Client发送的最后一个ACK报文能够到达Server，这个ACK报文段有可能丢失，因而处在LAST-ACK状态的Server收不到对已发送的FIN+ACK报文段的确认，Server会超时重传这个FIN+ACK报文段，而Client就能在2MSL时间内收到这个重传的FIN+ACK报文段，接着Client重传一次确认，重新启动2MSL计时器，最后Client和Server都正常进入到CLOSED状态。如果Client在TIME-WAIT状态不等待一段时间，而是在发送完ACK报文段后立即释放连接，那么就无法收到Server重传的FIN+ACK报文段，因而也不会再发送一次确认报文段，这样，Server就无法按照正常步骤进入CLOSED状态。

理由2：防止“已失效的连接请求报文段”出现在本连接中，Client在发送完最后一个ACK报文段后，再经过时间2MSL，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，这样就可以使下一个新的连接中不会出现这种旧的连接请求报文段。

【问题3】为什么不能用两次握手进行连接？

答：主要是为了防止已失效的连接请求报文突然又传到了服务器端，因而产生错误；
可能情况：已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下：client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段，同意建立连接。假设不采用“三次握手”，那么只要server发出确认，新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬server的确认，也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待client发来数据。这样，server的很多资源就白白浪费掉了。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况，client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认，就知道client并没有要求建立连接。

【问题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？

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数据都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为两小时，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。