TCP/UDP协议

一、TCP/UDP协议简介

TCP（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。
UDP（User Datagram Protocol：数据报协议）是一种面向无连接的传输层通信协议。

二、TCP连接过程（三次握手与四层挥手）

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。（状态为：SYN_SENT）
• 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。（状态为：SYN_RCVD）
• 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。 （状态为：ESTABLISHED）

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

• 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。
• 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。
• 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。
• 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。

图解：

TCP连接的11种状态详解

LISTEN：表示服务器端的某个socket处于监听状态，可以接受连接。SYN_SENT：发送完一个连接请求后等待一个匹配的连接请求。SYN_RECEIVED：发送连接请求并且接收到匹配的连接请求以后等待连接请求确认。ESTABLISHED：表示一个打开的连接，接收到的数据可以被投递给用户。连接的数据传输阶段的正常状态。FIN_WAIT_1：等待远端TCP 的连接终止请求，或者等待之前发送的连接终止请求的确认。FIN_WAIT_2：等待远端TCP 的连接终止请求。CLOSE_WAIT：等待本地用户的连接终止请求。CLOSING：等待远端TCP 的连接终止请求确认。LAST_ACK：等待先前发送给远端TCP 的连接终止请求的确认（包括它字节的连接终止请求的确认）TIME_WAIT：等待足够的时间过去以确保远端TCP 接收到它的连接终止请求的确认。CLOSED：不在连接状态（这是为方便描述假想的状态，实际不存在）

常见问题讲解

【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？

答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在Client发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(MaximumSegmentLifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。

四、TCP和UDP对比