java网络通信：TCP协议

　　面试的时候，面试官由于需要考察一个面试人对于网络编程的熟悉程度，往往会考察学生对于TCP、HTTP、UDP、这些常见的网络编程当中的协议的了解程度，而TCP协议则是首当其冲的，作为进程之间通信常用的一种协议，只要岗位涉及到了进程之间的相互通信，则一定会被询问到TCP协议，那么本篇就来总结一下TCP协议吧~

　　TCP协议在OSI七层模型当中，是属于传输层的协议，它是一种可靠传输的协议，这个可靠，指的是TCP可以确保通信信息不会因为网络因素导致丢包，确保接受方一定可以接受到完整的数据。在TCP可靠传输方面，常常与另一个协议——UDP协议进行对比，我们通过两者的对比，先大体对TCP协议有些了解。

1.TCP和UDP的异同点

1）tcp是面向连接的，而udp则是不需要建立连接的。

2）tcp是面向字节流的，而udp则是面向数据报的。这话的理解是udp发送的报文长度是进程给出的，而TCP发送的报文长度，则是根据对方的接受窗口和当前网络的情况决定的。可以想象TCP是按流传输，而udp是按一个一个报文进行传输的。

3）tcp是可靠传输，而udp是尽最大可能交付的协议，tcp的可靠传输主要是通过滑动窗口和发送-确认-窗口滑动机制，来确保的，而udp就是尽可能发送，不确保发送的数据是否到达的。

4）tcp是一对一的全双工的通信，而udp可以一对一，一对多，多对一，多对多的通信。

5）tcp具有流量控制，拥塞控制机制，而udp没有。

　　从上述的比较，可以大体把握了TCP是一个什么样的协议，那么接下来，我们来看看在面试当中涉及到TCP协议的话，必要考的一个考点，TCP的三次握手和四次挥手。

2.TCP的三次握手和四次挥手

　　tcp是面向连接的协议，那么两个进程需要通过tcp进行交互的时候，需要首先建立连接，这个建立连接的过程，需要来回三次通信，所以顾名思义，被较为了三次握手，那么这三次握手是一个什么样的流程？首先我们来看一下图。

在图中，着重关注几个点，Client和Server的状态变化、标志位的置1、发送序号的数字。

　　首先我们要发起连接请求的进程称之为Client，而被动接收连接请求的称之为Server，Server和Client在发起连接请求之前，都会创建TBC（传输控制块），这时候Server将进入监听（Listen）状态，而Client建立TCB之后，将发送连接请求。

　　Client将要发送的TCP报文当中的SYN标志位置1，并且在发送序号置为了x，发送到Server，这时候Client将进入SYN_SENT（同步已发送）状态。

　　Server接收到后，向Client回复一个SYN标志位也置1，ACK标志位置1，发送序号为：y，而确认序号为：x+1   的tcp报文，这时候Server将进入SYN_RCVD（同步接收）状态

　　Client接收到Server的回复报文之后，再回复一个ACK标志位置1，发送序号为x+1，确认序号为：y+1    的tcp报文，这时候Client和Server都同时进入ESTABLISH状态，连接建立。

想面试官讲解完三次握手之后，面试官可能会问出一个常规的延伸问题，为什么是三次握手，而不是两次握手呢？

　　这是为了防止Client已失效的连接请求报文突然又传到了Server，产生错误。举个例子详细来说，Client发送连接请求，但是因为连接请求的报文丢失而未收到确认，于是Client又一次重传了一次连接请求，后来收到了确认，然后建立了连接，数据传输完毕后，释放了连接。而第一个连接请求这时候到达了Server，Server收到了报文之后，误认为Client需要再次建立连接，就会回复这个连接请求，而这时候由于实际上Client这时候并没有发起请求，所以Client会忽略这个回复，而如果采用的是两次握手，这时候Server就已经进入建立连接的状态，白白的浪费了资源。而采用三次握手，Server就不会收到回复，则就表明这是一个无效的连接，就会中断。

3.TCP的四次挥手

　　因为tcp是一个全双工的协议，所以为了确保连接的安全断开，在tcp协议当中，采用的是四次挥手的方式断开连接，那么这四次挥手又都伴随着什么要的标志位变化和状态变化呢？先看下图：

　　首先是Client停止发送数据，并向Server发送一个FIN位置1，发送序号为：u    的tcp报文，并且这时候Client进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态。

　　Server在接收到连接释放报文之后，回复一个确认报文，这个报文的ACK位置1，发送序号：V，确认序号：u+1，这时候Server就进入了CLOSE-WAIT(等待关闭状态)，而Client进入FIN-WAIT-2状态，这时候从Client到Server这个方向的连接就被断开了，但是注意，这时候TCP连接还处于“半关闭”状态，因为这时候Server可能还有需要向Client发送的数据，Client还能继续接受，这个状态会持续到Server把需要发送的数据发送完全。

　　Server把需要发送的数据发送完全后，向Client发送一个连接释放报文，这时候一定要注意这几个序号和位的变化，这个报文的FIN位置1，ACK位置1，发送序号为：w，并且确认序号还是：u+1。并且Server进入了LAST-ACK（最后确认）状态。

　　Client接收到这个连接释放请求之后，回复一个ACK置1，确认序号：w+1，发送序号：u+1的报文回复。并且进入TIME-WAIT状态，而Server在接受到这个回复以后，进入Closed状态。

　　Client在进入到TIME-WAIT状态等待2MSL之后，就也会进入关闭状态。

当面试的人描述到这里，这时候面试官肯定又会问一个常规的延伸问题：为什么客户端在回复服务器的断开请求的时候，需要进入TIME-WAIT状态，并且等待两个MSL（最长报文寿命），而不是直接CLOSED呢？

第一、为了确保Client在回复Server的连接断开请求的时候，最后一个ACK报文能够到达Server，因为这个报文有可能会丢失，而Server在没有接受到Client回复的报文的时候，会超时重传连接释放请求，这时候Client出于TIME-WAIT状态，就可以接收到这个重传的请求，如果没有TIME-WAIT状态，则这时候会导致Server永远都处于重传的状态，无法Closed。

第二、防止已失效的连接请求报文出现在本连接当中，Client在发送完最后一个ACK报文之后，经过了两个MSL，就可以使本连接持续时间内所有产生的所有报文都从网络消失，这也是为什么定了两个MSL的原因。

最后附上tcp的六种标志位：

URG 紧急指针，告诉接收TCP模块紧要指针域指着紧要数据。

ACK 置1时表示确认号（为合法，为0的时候表示数据段不包含确认信息，确认号被忽略。

PSH 置1时请求的数据段在接收方得到后就可直接送到应用程序，而不必等到缓冲区满时才传送。

RST 置1时重建连接。如果接收到RST位时候，通常发生了某些错误。

SYN 置1时用来发起一个连接。

FIN 置1时表示发端完成发送任务。用来释放连接，表明发送方已经没有数据发送了。

其中URG不能和PSH标志位同时使用