TCP的三次握手與四次揮手過(guò)程，各個(gè)狀態(tài)名稱與含義

三次握手.png

• 三次握手(我要和你建立鏈接，你真的要和我建立鏈接么，我真的要和你建立鏈接，成功)

第一次握手：Client將標(biāo)志位SYN置為1，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)值seq=J，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Server，Client進(jìn)入SYN_SENT狀態(tài)，等待Server確認(rèn)。

第二次握手：Server收到數(shù)據(jù)包后由標(biāo)志位SYN=1知道Client請(qǐng)求建立連接，Server將標(biāo)志位SYN和ACK都置為1，ack=J+1，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)值seq=K，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Client以確認(rèn)連接請(qǐng)求，Server進(jìn)入SYN_RCVD狀態(tài)。

第三次握手：Client收到確認(rèn)后，檢查ack是否為J+1，ACK是否為1，如果正確則將標(biāo)志位ACK置為1，ack=K+1，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Server，Server檢查ack是否為K+1，ACK是否為1，如果正確則連接建立成功，Client和Server進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手，隨后Client與Server之間可以開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)了。

• 四次揮手
  這是由于 TCP 的半關(guān)閉造成的。因?yàn)?TCP 連接是全雙工的(即數(shù)據(jù)可在兩個(gè)方向上同時(shí)傳遞)所以進(jìn)行關(guān)閉時(shí)每個(gè)方向上都要單獨(dú)進(jìn)行關(guān)閉。這個(gè)單方向的關(guān)閉就叫半關(guān)閉。當(dāng)一方完成它的數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)，就發(fā)送一個(gè) FIN 來(lái)向另一方通告將要終止這個(gè)方向的連接。
  
  四次揮手.png

第一次揮手：Client發(fā)送一個(gè)FIN，用來(lái)關(guān)閉Client到Server的數(shù)據(jù)傳送，Client進(jìn)入FIN_WAIT_1狀態(tài)。

第二次揮手：Server收到FIN后，發(fā)送一個(gè)ACK給Client，確認(rèn)序號(hào)為收到序號(hào)+1（與SYN相同，一個(gè)FIN占用一個(gè)序號(hào)），Server進(jìn)入CLOSE_WAIT狀態(tài)。此時(shí)TCP鏈接處于半關(guān)閉狀態(tài)，即客戶端已經(jīng)沒(méi)有要發(fā)送的數(shù)據(jù)了，但服務(wù)端若發(fā)送數(shù)據(jù)，則客戶端仍要接收。

第三次揮手：Server發(fā)送一個(gè)FIN，用來(lái)關(guān)閉Server到Client的數(shù)據(jù)傳送，Server進(jìn)入LAST_ACK狀態(tài)。

第四次揮手：Client收到FIN后，Client進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)，接著發(fā)送一個(gè)ACK給Server，確認(rèn)序號(hào)為收到序號(hào)+1，Server進(jìn)入CLOSED狀態(tài)，完成四次揮手。

為什么TCP鏈接需要三次握手，兩次不可以么，為什么？

為了防止已失效的鏈接請(qǐng)求報(bào)文突然又傳送到了服務(wù)端，因而產(chǎn)生錯(cuò)誤。

客戶端發(fā)出的連接請(qǐng)求報(bào)文并未丟失，而是在某個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間滯留了，以致延誤到鏈接釋放以后的某個(gè)時(shí)間才到達(dá)Server。這是，Server誤以為這是Client發(fā)出的一個(gè)新的鏈接請(qǐng)求，于是就向客戶端發(fā)送確認(rèn)數(shù)據(jù)包，同意建立鏈接。若不采用“三次握手”，那么只要Server發(fā)出確認(rèn)數(shù)據(jù)包，新的鏈接就建立了。由于client此時(shí)并未發(fā)出建立鏈接的請(qǐng)求，所以其不會(huì)理睬Server的確認(rèn)，也不與Server通信；而這時(shí)Server一直在等待Client的請(qǐng)求，這樣Server就白白浪費(fèi)了一定的資源。若采用“三次握手”，在這種情況下，由于Server端沒(méi)有收到來(lái)自客戶端的確認(rèn)，則就會(huì)知道Client并沒(méi)有要求建立請(qǐng)求，就不會(huì)建立鏈接。

TCP協(xié)議如何來(lái)保證傳輸?shù)目煽啃?/h5>

• 數(shù)據(jù)包校驗(yàn)：目的是檢測(cè)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的任何變化，若校驗(yàn)出包有錯(cuò)，則丟棄報(bào)文段并且不給出響應(yīng)，這時(shí)TCP發(fā)送數(shù)據(jù)端超時(shí)后會(huì)重發(fā)數(shù)據(jù)；
• 對(duì)失序數(shù)據(jù)包重排序：既然TCP報(bào)文段作為IP數(shù)據(jù)報(bào)來(lái)傳輸，而IP數(shù)據(jù)報(bào)的到達(dá)可能會(huì)失序，因此TCP報(bào)文段的到達(dá)也可能會(huì)失序。TCP將對(duì)失序數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排序，然后才交給應(yīng)用層；
• 丟棄重復(fù)數(shù)據(jù)：對(duì)于重復(fù)數(shù)據(jù)，能夠丟棄重復(fù)數(shù)據(jù)；
• 應(yīng)答機(jī)制：當(dāng)TCP收到發(fā)自TCP連接另一端的數(shù)據(jù)，它將發(fā)送一個(gè)確認(rèn)。這個(gè)確認(rèn)不是立即發(fā)送，通常將推遲幾分之一秒；
• 超時(shí)重發(fā)：當(dāng)TCP發(fā)出一個(gè)段后，它啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，等待目的端確認(rèn)收到這個(gè)報(bào)文段。如果不能及時(shí)收到一個(gè)確認(rèn)，將重發(fā)這個(gè)報(bào)文段；
• 流量控制：TCP連接的每一方都有固定大小的緩沖空間。TCP的接收端只允許另一端發(fā)送接收端緩沖區(qū)所能接納的數(shù)據(jù)，這可以防止較快主機(jī)致使較慢主機(jī)的緩沖區(qū)溢出，這就是流量控制。TCP使用的流量控制協(xié)議是可變大小的滑動(dòng)窗口協(xié)議。

TCP的擁塞處理

從輸入網(wǎng)址到獲得頁(yè)面的過(guò)程

(1). 瀏覽器查詢 DNS，獲取域名對(duì)應(yīng)的IP地址:具體過(guò)程包括瀏覽器搜索自身的DNS緩存、搜索操作系統(tǒng)的DNS緩存、讀取本地的Host文件和向本地DNS服務(wù)器進(jìn)行查詢等。對(duì)于向本地DNS服務(wù)器進(jìn)行查詢，如果要查詢的域名包含在本地配置區(qū)域資源中，則返回解析結(jié)果給客戶機(jī)，完成域名解析(此解析具有權(quán)威性)；如果要查詢的域名不由本地DNS服務(wù)器區(qū)域解析，但該服務(wù)器已緩存了此網(wǎng)址映射關(guān)系，則調(diào)用這個(gè)IP地址映射，完成域名解析（此解析不具有權(quán)威性）。如果本地域名服務(wù)器并未緩存該網(wǎng)址映射關(guān)系，那么將根據(jù)其設(shè)置發(fā)起遞歸查詢或者迭代查詢；

(2). 瀏覽器獲得域名對(duì)應(yīng)的IP地址以后，瀏覽器向服務(wù)器請(qǐng)求建立鏈接，發(fā)起三次握手；

(3). TCP/IP鏈接建立起來(lái)后，瀏覽器向服務(wù)器發(fā)送HTTP請(qǐng)求；

(4). 服務(wù)器接收到這個(gè)請(qǐng)求，并根據(jù)路徑參數(shù)映射到特定的請(qǐng)求處理器進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果及相應(yīng)的視圖返回給瀏覽器；

(5). 瀏覽器解析并渲染視圖，若遇到對(duì)js文件、css文件及圖片等靜態(tài)資源的引用，則重復(fù)上述步驟并向服務(wù)器請(qǐng)求這些資源；

(6). 瀏覽器根據(jù)其請(qǐng)求到的資源、數(shù)據(jù)渲染頁(yè)面，最終向用戶呈現(xiàn)一個(gè)完整的頁(yè)面。

Http怎么處理長(zhǎng)連接

在HTTP1.0和HTTP1.1協(xié)議中都有對(duì)長(zhǎng)連接的支持。其中HTTP1.0需要在request中增加Connection： keep-alive header才能夠支持，而HTTP1.1默認(rèn)支持。

C/S模式下使用socket通信，幾個(gè)關(guān)鍵函數(shù)

編寫(xiě)一個(gè)基于UDP傳輸協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)編程：
先構(gòu)建服務(wù)端

package com.suxin.socket.udp;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;

public class Mysever {

    /**
     *  1.創(chuàng)建服務(wù)端+端口
     *  2.準(zhǔn)備接受容器
     *  3.封裝成包
     *  4.接收數(shù)據(jù)
     *  5.分析數(shù)據(jù)
     *  6.釋放資源
     *
     * @throws IOException
     */
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //創(chuàng)建服務(wù)端以及端口
        DatagramSocket server = new DatagramSocket(8899);
        // 構(gòu)造接收器
        byte[] container = new byte[1024];
        // 使用構(gòu)造器打包
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(container,container.length);
        boolean flag = true;
        while(flag) {
            server.receive(packet);//接受數(shù)據(jù)
            byte[] bytes = packet.getData();
            int len = packet.getLength();
            String s = new String(bytes,0,len);
            System.out.println(s);
            if(s.equals("quit server")) {
                flag = false;
            }
        }
        server.close();
    }
}

繼續(xù)構(gòu)建客戶端：

package com.suxin.socket.udp;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.util.Scanner;

public class Myclient {
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //創(chuàng)建服務(wù)端以及端口
        DatagramSocket client = new DatagramSocket(6666);
        //準(zhǔn)備數(shù)據(jù)
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        boolean flag = true;
        while(flag) {
            System.out.println("請(qǐng)輸入傳輸數(shù)據(jù)(以enter結(jié)束)：");
            String message = sc.nextLine();
            byte[] b = message.getBytes();
            //打包發(fā)送
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(b,b.length,new InetSocketAddress("127.0.0.1",8899));
            client.send(packet);
            System.out.println("數(shù)據(jù):"+message+"已經(jīng)發(fā)送");
            if(message.equals("close")) {
                flag = false;
            }
        }
        client.close();
    }
}

如果我們關(guān)閉服務(wù)端，運(yùn)行客戶端，依然可以成功。但是此時(shí)并沒(méi)有消息顯示。說(shuō)明即使在服務(wù)端不開(kāi)啟的情況下，基于這種協(xié)議的依然可以執(zhí)行，但是數(shù)據(jù)會(huì)丟失。注意：數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，必須使用字節(jié)數(shù)組。輸入quit server以后還是可以繼續(xù)發(fā)送消息的。

編寫(xiě)一個(gè)基于TCP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)編程：
服務(wù)端：

package com.suxin.socket.tcp;

import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class MyServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket server = new ServerSocket(8899);

        Socket socket = server.accept();//等待接受外部請(qǐng)求
        System.out.println("客戶端建立連接");
        String message = "歡迎使用";
        
        DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
        dataOutputStream.writeUTF(message);

        dataOutputStream.flush();
    }
}

客戶端：

package com.suxin.socket.tcp;

import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.Socket;

public class MyClient {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8899);
        DataInputStream input=new DataInputStream(socket.getInputStream());
        String echo = input.readUTF();
        System.out.println(echo);
        DataOutputStream output = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
        output.writeUTF("i love u");
        System.out.println("[i love u]數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送");
    }
}

以上就是UDP/IP與TCP/IP的基本實(shí)現(xiàn)。但是，我們知道，TCP/Ip的實(shí)現(xiàn)僅僅是實(shí)現(xiàn)了一個(gè)客戶端的連接，這是不符合實(shí)際的，實(shí)際情況下服務(wù)器一般都是有多個(gè)客戶端的連接。這也很好解決，我們只需要在服務(wù)器端加一個(gè)循環(huán)，對(duì)于每一次來(lái)自客戶端的請(qǐng)求，服務(wù)器端的Accept（）方法都會(huì)返回一個(gè)Socket對(duì)象，這樣就實(shí)現(xiàn)了多個(gè)連接。

參考鏈接
UDP/IP與TCP/IP協(xié)議 帶編程解讀
網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的面試題
面試/筆試第一彈 —— 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)面試問(wèn)題集錦
3分鐘看懂什么是三次握手/四次揮手
java socket編程