前言

昨天迎来了第一场面试，对TCP和UDP的问题答的一塌糊涂，今天好好整理一下TCP和UDP相关的知识。

TCP和UDP是哪一层协议

TCP和UDP都是传输层协议，他们的目标是在程序之间传输数据（文本、图片、视频），这些数据都是二进制的

TCP和UDP区别

基于连接和基于非连接

• TCP是基于连接的，就像打电话，不管是电话接通、互相通话、结束挂断都能得到很好的反馈，能确认对方准确的接收到

• UDP是基于非连接的，就像写信，不知道对方是否能收到，收到的内容是否完整，顺序是否正确，你填写的收信人和收信地址是否存在都无法确认

可靠服务

• TCP传送的数据，无差错，不丢失，不重复。TCP适合大数据量的交换

• UDP发送数据，就是把数据包简单的包装一下，从网卡发出去。数据包之间没有状态上的联系，所以UDP不能保证完美交付

用途

• TCP传输数据稳定可靠，但对网络要求较高的场景，需要准确无误的将数据传给对方，比如传输文件、发送邮件、浏览网页等

• UDP虽然速度快，但是会出现丢包情况，适用于实时性要求高的场景，比如域名查询、语音通话、视频直播等

TCP传输

三次握手

三次挥手是确认连接的过程

• 当客户端向服务端发起连接时，会发送一个连接请求数据包（SYN包），询问服务端能否建立连接

• 如果服务端同意连接，则回复一个SYN+ACK包，告诉客户端你可以和我建立连接

• 客户端收到SYN+ACK包后，回复服务端一个ACK包，连接建立

为什么是三次握手不是两次握手

服务端回复完SYN+ACK就建立连接，会导致已失效的报文突然传到服务端，引起错误

假设客户端向服务端发送一个SYN包，因为未知原因没有到达服务器，在中间某个网络节点滞留，为了建立连接，客户端再次发送SYN包，这次客户端与服务端建立连接。

建立连接后，滞留的SYN包到达服务端，服务端以为客户端又发送一次连接请求，那么此时服务端认为和客户端建立了两条连接，而客户端只认为建立了一条，造成了状态不一致。

如果在三次握手的情况下，服务端收不到最后的ACK包，就不会认为连接建立成功。三次握手就是为了解决网络信道不可靠的问题

传输确认

TCP协议需要在不可靠的信道上保证可靠的连接，那就有几种问题要面对

丢包问题：一包数据有可能会被拆成多包发送

乱序问题：数据包的先后到达顺序不同

为了解决这些问题，TCP建立了一个发送缓冲区，从建立连接后的第一个字节序列号为0，后面每个字节的序列号加1。从发送缓冲区选取一部分内容作为数据内容，在TCP协议头中加入序列号和长度，接受端在收到数据后需要回复确认报文，确认报文中的ACK = 序列号 + 长度，也就是下一次发送的起始序列号，这样一问一答的方式，能够使发送的数据已经确认被收到。

发送端也可以一次发送连续的多包数据，接收端只需要回复一次ACK，这样发送端可以把待发送分割成一系列的碎片发送到对方，根据序列号和长度进行重组，如果发生部分丢失，接收端发送丢失的起始序列号的报文，发送端收到后重传这部分数据，接收端进行补齐。

TCP连接是全双工的，对两端来说均采用上述机制

四次挥手

处于建立连接状态的两端都可以发送连接关闭请求

第一次挥手

假设客户端发起连接关闭请求，客户端需要向服务端发一个FIN包，表示关闭连接，客户端进入终止等待1状态

第二次挥手

服务端收到FIN包后，发送一个ACK包，表示自己进入关闭等待状态。

客户端进入终止等待2状态。

此时服务端还可以发送未发完的数据，客户端还可以接收数据，待服务端发送完数据后，发送一个FIN包，服务端进入最后确认状态

第三次挥手

客户端收到FIN包后，发送ACK包，进入超时等待状态，经过超时等待后进入关闭状态。

服务端收到ACK包后进入关闭状态。

为什么客户端需要等待超时连接

因为要保证对方已经收到ACK包，如果客户端在发送完ACK包就关闭，而此时服务端没有接收到ACK包，就会一直处于最终等待状态。

如果客户端发送完ACK包后等待一段时间，这时服务端没有收到ACK包，会再次发送FIN包，刷新超时时间。

第四次挥手

超时连接时间片结束后，客户端关闭连接。