说说OSI 七层、TCP/IP 四层的关系和区别？

TCP和UDP的区别？

是否连接：TCP面向连接，UDP无连接；
是否可靠：TCP是可靠的，使用流量控制和拥塞控制；UDP是不可靠的，不使用流量控制和拥塞控制；
连接对象个数：TCP只能是一对一通信；UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多交互通信；
传输方式：TCP面向字节流；UDP面向报文；
首部开销：TCP首部最小20字节，最大60字节；UDP首部开销小，仅8字节；
适用场景：TCP适用于要求可靠传输的，比如文件传输；UDP适用于实时应用，比如IP电话，视频会议，直播等。

TCP如何实现数据的可靠性？

流量控制：
- 如果发送方的发送速度太快，会导致接收方的接收缓冲区填充满了，这时候继续传输数据，就会造成大量丢包，进而引起丢包重传等等一系列问题。TCP 支持根据接收端的处理能力来决定发送端的发送速度，这就是流量控制机制。具体实现方式：接收端将自己的接收缓冲区大小放入 TCP 首部的『窗口大小』字段中，通过 ACK 通知发送端。
拥塞控制
- TCP 传输过程中一开始就发送大量数据，如果当时网络非常拥堵，可能会造成拥堵加剧。所以 TCP 引入了慢启动机制，在开始发送数据的时候，先发少量的数据探探路。
连接管理
- 就是指三次握手、四次挥手的过程。
校验和
- 在数据传输过程中，将发送的数据段都当做一个16位的整数，将这些整数加起来，并且前面的进位不能丢弃，补在最后，然后取反，得到校验和。发送方：在发送数据之前计算校验和，并进行校验和的填充。接收方：收到数据后，对数据以同样的方式进行计算，求出校验和，与发送方进行比较。
序列号
- TCP 传输时将每个字节的数据都进行了编号，这就是序列号。序列号的作用不仅仅是应答作用，有了序列号能够将接收到的数据根据序列号进行排序，并且去掉重复的数据。
确认应答
- TCP 传输过程中，每次接收方接收到数据后，都会对传输方进行确认应答，也就是发送 ACK 报文，这个 ACK 报文中带有对应的确认序列号，告诉发送方，接收了哪些数据，下一次数据从哪里传。
超时重传
- 在进行 TCP 传输时，由于存在确认应答与序列号机制，也就是说发送方发送一部分数据后，都会等待接收方发送的 ACK 报文，并解析 ACK 报文，判断数据是否传输成功。如果发送方发送完数据后，迟迟都没有接收到接收方传来的 ACK 报文，那么就对刚刚发送的数据进行重发。

说说 TCP 协议如何提高传输效率？

滑动窗口
- 如果每一个发送的数据段，都要收到 ACK 应答之后再发送下一个数据段，这样的话我们效率很低，大部分时间都用在了等待 ACK 应答上了。
- 为了提高效率我们可以一次发送多条数据，这样就能使等待时间大大减少，从而提高性能。窗口大小指的是无需等待确认应答而可以继续发送数据的最大值。
快重传
- 快重传也叫高速重发控制。
- 那么如果出现了丢包，需要进行重传。一般分为两种情况：
- 情况一：数据包已经抵达，ACK被丢了。这种情况下，部分ACK丢了并不影响，因为可以通过后续的ACK进行确认；
- 情况二：数据包直接丢了。发送端会连续收到多个相同的 ACK 确认，发送端立即将对应丢失的数据重传。
延迟应答
- 如果接收数据的主机立刻返回ACK应答，这时候返回的窗口大小可能比较小。
- 假设接收端缓冲区为1M，一次收到了512K的数据；如果立刻应答，返回的窗口就是512K；
- 但实际上可能处理端处理速度很快，10ms之内就把512K的数据从缓存区消费掉了；
- 在这种情况下，接收端处理还远没有达到自己的极限，即使窗口再放大一些，也能处理过来；
- 如果接收端稍微等一会在应答，比如等待200ms再应答，那么这个时候返回的窗口大小就是1M；
- 窗口越大，网络吞吐量就越大，传输效率就越高；我们的目标是在保证网络不拥塞的情况下尽量提高传输效率。
捎带应答
- 在延迟应答的基础上，很多情况下，客户端服务器在应用层也是一发一收的。这时候常常采用捎带应答的方式来提高效率，而ACK响应常常伴随着数据报文共同传输。如：三次握手。

你知道 TCP 如何处理拥塞吗？

网络拥塞现象是指到达通信网络中某一部分的分组数量过多，使得该部分网络来不及处理，以致引起这部分乃至整个网络性能下降的现象，严重时甚至会导致网络通信业务陷入停顿，即出现死锁现象。拥塞控制是处理网络拥塞现象的一种机制。

拥塞控制的四个阶段:
- 慢启动
- 拥塞避免
- 快速重传
- 快速恢复

讲一下三次握手和四次挥手全过程？

第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=j）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=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），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=k+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。

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。

序列号seq：占4个字节，用来标记数据段的顺序，TCP把连接中发送的所有数据字节都编上一个序号，第一个字节的编号由本地随机产生；给字节编上序号后，就给每一个报文段指派一个序号；序列号seq就是这个报文段中的第一个字节的数据编号。

确认号ack：占4个字节，期待收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号；序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号；而确认号指的是期望接收到下一个字节的编号；因此当前报文段最后一个字节的编号+1即为确认号。

确认ACK：占1位，仅当ACK=1时，确认号字段才有效。ACK=0时，确认号无效

同步SYN：连接建立时用于同步序号。当SYN=1，ACK=0时表示：这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示这是一个连接请求，或连接接受报文。SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1，握手完成后SYN标志位被置0。

终止FIN：用来释放一个连接。FIN=1表示：此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放运输连接

PS：ACK、SYN和FIN这些大写的单词表示标志位，其值要么是1，要么是0；ack、seq小写的单词表示序号。

字段含义 URG 紧急指针是否有效。为1，表示某一位需要被优先处理 ACK 确认号是否有效，一般置为1。 PSH 提示接收端应用程序立即从TCP缓冲区把数据读走。 RST 对方要求重新建立连接，复位。 SYN 请求建立连接，并在其序列号的字段进行序列号的初始值设定。建立连接，设置为1 FIN 希望断开连接。

为什么 TCP 链接需要三次握手，两次不可以么，为什么？

两次握手只能保证单向连接是畅通的第一步，客户端给服务端发送一条消息：你好，服务端。第二步，服务端收到消息，同时给客户端回复一条消息：收到！你好客户端。这样的两次握手过程，客户端给服务端打招呼，服务端收到了，说明客户端可以正常给服务端发送数据。但是服务端给客户端打招呼，服务端没有收到反馈，也就不能确保服务端是否能正常给客户端发送消息。只有经过第三次握手，才能确保双向都可以接收到对方的发送的数据第三步，客户端收到服务端发送的消息，回复：收到！这样就证明了客户端能正常收到服务端的消息。

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(Maximum Segment Lifetime)。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。

如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

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请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2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分钟发送一次。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。

TCP与UDP知识点整理