网络复习二（TCP篇【1】）

一、什么是TCP？

        TCP是面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议

面向链接：一对一才能链接，不能像UDP协议可以一个主机同时想多个主机发送消息

可靠的：TCP 都可以保证一个报文一定能够到达接收端

字节流：用户消息通过TCP协议传输时，消息可能会被操作系统【分组】成多个的TCP报文，如果接收方当的程序如果不知道【消息的边界】，是无法读出一个有效的用户消息的。并且TCP报文是【有序的】，当【前一个】TCP报文没有收到的时候，即使他收到了后面的TCP报文，也不能扔给应用层去处理，对于【重复】的TCP报文会自动丢弃

二、什么是TCP连接？

        用于保证可靠性和流量控制维护的某些状态信息，信息包括：Socket，序列号和窗口大小称为连接。

Socket：由IP地址和端口号组成

序列号：用来解决乱序问题

窗口大小：用来做流量控制

三、UDP和TCP有什么区别？

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

UDP的头部只有8个字节

1.连接：

TCP是面向连接的传输层协议，传输数据前先要建立连接

UDP是不需要连接，即可传输数据

2.服务对象：

TCP是一对一的两点服务，即一条连接只有两个端点

UDP支持一对一，一对多，多对多的交互tongxin

3.可靠性：

TCP是可靠交付数据的，数据可以无差错，不丢失、不重复、按序到达

UDP是尽最大交付，不保证可靠交付数据。

4.拥塞控制、流量控制：

TCP有拥塞控制和而流量控制机制，保证数据传输的安全性

UDP则没有，即使网络非常拥堵了，也不会影响UDP的发送速率

5.首部开销：

TCP首部长度较长，会有一定的开销，首部在没有使用【选项】字段时是20个字节，使用了【选项】字段则会变长

UDP首部只有8个字节、并且是固定不变的，开销较小

6.传输方式：

TCP是流式传输，没有边界，但保证顺序和可靠

UDP是一个包一个包的发送，是有边界的，但可能会丢失和乱序

7.分片不同：

TCP的数据大小如果大于MSS大小，则会在传输层进行分片，目标主机收到后，也同样早传输层组装TCP数据包，如果中途丢失了一个分片，只需要传输丢失的这个分片

UDP的数据大小如果大于MTU大小，则会在IP层进行分片，目标主机收到后，在IP层组装完数据，接着再传给传输层

四、TCP连接建立（三次握手）

1.TCP三次握手过程是怎样的？

开始客户端和服务端都处于CLOSE状态。先是服务端主动监听某个端口，处于LISTEN状态

三次握手的第一个报文：SYN报文

客户端会随机初始化序列号（client_isn）,此序列号置于TCP首部的【序号】字段中，同时把SYN标志位置为1，表示SYN报文。接着把第一个SYN报文发送给服务端，表示向服务端发起连接，该报文不包含应用层数据，之后客户端处于SYN-SENT状态

三次握手的第二个报文：SYN+ACK报文

服务端收到客户的SYN报文后，首先服务端也随机初始化自己的序号（server_isn），将此序号填入TCP首部的【序号】字段中，其次把TCP首部的【确认应当号】字段填入client_isn+1，接着把SYN和ACK标志位置为1。最后把该报文发给客户端，该报文也不包含应用层数据，之后服务端处于SYN-RCVD状态。

三次握手的第三个报文：ACK报文

客户端收到服务端报文后，还要向服务端回应最后一个应答报文，首先该应答报文TCP首部ACK标志位置为1，其次【确认应答号】字段填入server_isn+1，最后把报文发送给服务端，这次报文可以携带客户到服务端的数据，之后客户端处于ESTABLISHED状态。

服务端收到客户端的应答报文后，也进入ESTABLISHED状态。

第三次握手是可以携带数据的，前两次握手是不可以携带数据的

如何在Linux系统中查看TCP状态？

TCP的连接状态查看，在Linux可以通过netstat -napt命令查看

五、为什么是三次握手？不是两次、四次？

三次握手才可以阻止重复历史连接的初始化（主要原因）

三次握手才可以同步双方的初始化序列号

三次握手才可以避免资源浪费

原因一：避免历史连接

首要原因是为了防止旧的重复连接初始化造成的混乱

两次握手连接为什么无法阻止历史连接呢？

        在两次握手的情况下，服务端没有中间状态给客户端来阻止历史连接，导致服务端可能建立一个历史连接，造成资源浪费

原因二：同步双方初始序列号

TCP协议的通信双方，都必须维护一个【序列号】，序列号是可靠传输的一个关键因素，它的作用：

• 接收方可以去除重复的数据
• 接收方可以根据数据包的序列号按序接受
• 可以标识发送出去的数据包中，那些是已经被对方收到的（通过ACK报文中的序列号知道）

原因三：避免资源浪费

如果只有【两次握手】，当客户端发生的SYN报文在网络中阻塞，客户端没有接收到ACK报文，就会重新发送SYN，由于没有 第三次握手，服务端不清楚客户端是否收到了自己回复的ACK报文，所以服务端每收到一个SYN就只能主动建立一个连接，建立多个冗余的无效链接，造成不必要的资源浪费

为什么每次建立TCP连接时，初始化的序列号都要求不一样呢？

        如果每次建立连接，客户端和服务端的初始化序列号都是一样的话，很容易出现历史报文被下一个相同四元组的连接接受问题

六、第一次握手丢失了，会发生什么？（超时重传）

当客户端想和服务端建立TCP连接的时候，首先第一个发的就是SYN报文，然后进入到SYN_SENT状态。

若客户端收不到服务端发送的SYN-AVK报文（二次握手），就会触发超时重传机制，重传SYN报文，而且重传的SYN报文的序列号都是一样的。当重传次数超过最大值时，则会再等待一段时间，还是没能收到第二次握手的话，就会断开连接

七、第二次握手丢失了，会发生什么？

当服务端收到客户端的第一次握手之后，就会回SYN-ACK报文给客户端，这个就是第二次握手，此时服务端会进入SYN_RCVD状态

第二次握手的SYN-ACK报文的目的：

• 第二次握手里的ACK，是对第一次握手的确认报文
• 第二次握手里的SYN，是服务器发起建立TCP连接的报文

当第二次报文丢失，客户端可能认为是自己的SYN（第一次握手）报文丢失，于是客户端会触发超时重传机制，重传SYN报文

如果二次握手丢失，服务端收不到第三次握手，于是服务端这边会触发超时重传机制，重传SYN-ACK报文

八、第三次握手丢失了，会发生什么？

客户端收到服务端的SYN-ACK报文后，就会给服务端回一个ACK报文，也就是第三次握手，此时客户端状态进入到ESTABLISH状态

因为第三次握手的ACK是对第二次握手的SYN的确认报文，所以当第三次握手丢失了，如果服务端哪一方收不到确认报文，就会触发超时重传机制，重传SYN-ACK报文（第二次握手）

 ACK报文是不会有重传的，当ACK丢失了，就由对方重传对应的报文