面试必考 | TCP 协议（第一弹）

敲黑板！！！

在软开岗的面试中，TCP连接的建立和终止是必考题！

相关知识点

第一弹

a. TCP三次握手以及四次挥手过程描述；

b. 为什么要有三次握手和四次挥手；

第二弹

c. TIME_WAIT状态的描述以及作用；

d. TCP是通过哪些方式提供可靠性的？

第三弹

e. 拥塞控制与流量控制机制。

由于篇幅原因，TCP相关知识点的讲解将会分为三部分来完成，第一弹将会讲较为基础的也是最常问的几点——TCP连接的建立和终止。

开始学习吧！！！

首先，我们要知道，TCP是什么：

TCP——传输控制协议。

TCP提供客户端和服务器之间的连接。TCP客户先与某个给定服务器建立一个连接，再跨该连接与那个服务器交换数据，然后终止这个连接。

TCP连接的建立

一、“三次握手”的过程

首先上图！

建立一个TCP连接的具体过程如下：

1. 服务器被动打开。通过一系列的动作（socket、bind、listen）来准备接受外来的连接。

2. 小客：歪，能听见我说话吗？

客户端通过一系列的动作（socket、connect）进行连接到服务器（要保证服务器已经被动打开了）。connect 动作会使客户 TCP 发送一个 SYN（同步）分节，它告诉服务器客户将在（待建立）连接中发送数据的初试序列号 J 。

3. 小服：歪，我能听见，你能听见我说话不？

服务器端必须对于收到的客户端的SYN 分节，要进行 ACK 确认。同时自己也得发送一个 SYN分节，它告诉客户服务器将在（待建立）连接中发送数据的初始序列号 K 。

4. 小客：妥了，我也能听见！

客户还要发送一个 ACK 对服务器发来的 SYN 进行确认！

二、为啥子必须三次握手？

用最浅显的话来说：这就像我们打电话的一个过程，在电话接通会，首先我们要确认对方能不能听到我说话：歪，能听见我说话吗？（一次握手）；

然后对方告诉我他是否可以听见我说话，并且要确认我也能听见他说话：歪，我能听见，你能听见我说话不？（两次握手）；

最后，我就得告诉对方：我能听见你说话！（三次握手）。

《计算机网络》中是这样说的：防止已失效的连接请求又传送到服务器端，因而产生错误。

在面试中的话，要多去解释一下：

1. 为了实现可靠数据传输。

TCP 协议的通信双方， 都必须维护一个序列号， 以标识发送出去的数据包中， 哪些是已经被对方收到的。三次握手的过程即是通信双方相互告知序列号起始值， 并确认对方已经收到了序列号起始值的必经步骤；

2. 如果只是两次握手， 至多只有连接发起方的起始序列号能被确认， 另一方选择的序列号则得不到确认。

TCP连接的终止

一、“四次挥手”的过程

TCP建立一个连接需要三个分节，但是终止一个连接需要四个分节。

具体的终止流程如下：（我们假设是由客户端发起断开连接）

1. 客户端调用close，主动关闭；发送一个 FIN分节，用来关闭客户端到服务器的数据传送，表示数据发送完毕。

2. 服务器接收到FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1 。FIN的接收意味着在这个连接上，服务器端将再无额外数据可以接受。

3. 过一段时间后，服务器调用close关闭它的套接字，并发送一个FIN给客户端。

4. 客户端-发回 ACK 报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1。

至此，一个TCP连接终止！

二、为什么终止连接要四次

任何一方都可以在数据传送结束后发出连接释放（终止）的通知，待对方确认后进入半关闭状态。当另一方也没有数据再发送的时候，则发出连接释放通知，对方确认后就完全关闭了TCP连接。

具体的例子我将用下面这个聊天记录来说明：

前方高能预警！！！

这里，小媛将用某对情侣 睡前的聊天记录 朴素地再演示一下为何要“四次挥手”！（被动关闭方还有数据未发完）

嘿嘿嘿

关于TCP的终止，小媛要强调一下：无论是客户还是服务器，任何一端都可以执行主动关闭。通常情况下是由客户端执行主动关闭，但是某些协议（例如HTTP/1.0）是由服务器执行主动关闭的。

Last but not least

TCP状态转换图尽管面试时候不会真的让你去画出来，但是会旁敲侧击地去问！状态转换图也是学习TCP协议的一个关键和重点，找工作的小伙伴最好可以搞明白！

CLOSED：表示初始状态。对服务端和C客户端双方都一样。

LISTEN：表示监听状态。服务端调用了listen函数，可以开始accept连接了。

SYN_SENT：表示客户端已经发送了SYN报文。当客户端调用connect函数发起连接时，首先发SYN给服务端，然后自己进入SYN_SENT状态，并等待服务端发送ACK+SYN。

SYN_RCVD：表示服务端收到客户端发送SYN报文。服务端收到这个报文后，进入SYN_RCVD状态，然后发送ACK+SYN给客户端。

ESTABLISHED：表示连接已经建立成功了。服务端发送完ACK+SYN后进入该状态，客户端收到ACK后也进入该状态。

FIN_WAIT_1：表示主动关闭连接。无论哪方调用close函数发送FIN报文都会进入这个这个状态。

FIN_WAIT_2：表示被动关闭方同意关闭连接。主动关闭连接方收到被动关闭方返回的ACK后，会进入该状态。

TIME_WAIT：表示收到对方的FIN报文并发送了ACK报文，就等2MSL后即可回到CLOSED状态了。如果FIN_WAIT_1状态下，收到对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态。

CLOSING：表示双方同时关闭连接。如果双方几乎同时调用close函数，那么会出现双方同时发送FIN报文的情况，此时就会出现CLOSING状态，表示双方都在关闭连接。

CLOSE_WAIT：表示被动关闭方等待关闭。当收到对方调用close函数发送的FIN报文时，回应对方ACK报文，此时进入CLOSE_WAIT状态。

LAST_ACK：表示被动关闭方发送FIN报文后，等待对方的ACK报文状态，当收到ACK后进入CLOSED状态。

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本文参考书籍主要为：《TCP/IP 详解 卷一：协议》、《UNIX网络编程卷1：套接字联网API》

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作者：西瓜媛

编辑：西瓜媛

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