之前學了計算機網絡，但半年后就忘的差不多了，感覺TCP/IP協議的這個知識點很重要，整理一篇文章來鞏固一下。文章分為TCP的概念，TCP/UDP區別總結，三次握手四次揮手的過程，為什么要這么做的原因等四大部分來講解。
一 、 TCP協議的概念
TCP（transmission control protocal,傳輸控制協議）,是面向連接的并具備順序控制、重發控制等機制的。所以它可以為應用提供可靠傳輸。工作在網絡OSI的七層模型的第四層——傳輸層。ip在第三層——網絡層。我們要知道數據從應用層發下來，會在每一層加上響應的頭部信息，進行封裝然后再發送到數據的接收端。每一層的作用和對應的協議如下：
接下來介紹TCP協議的數據格式和頭部格式每個字段的含義：
- Source Port和Destination Port:分別占用16位，表示源端口號和目的端口號；用于區別主機中的不同進程，而IP地址是用來區分不同的主機的，源端口號和目的端口號配合上IP首部中的源IP地址和目的IP地址就能唯一的確定一個TCP連接。
- Sequence Number:用來標識從TCP發端向TCP收端發送的數據字節流，它表示在這個報文段中的的第一個數據字節在數據流中的序號；主要用來解決網絡報亂序的問題。
- Acknowledgment Number:32位確認序列號包含發送確認的一端所期望收到的下一個序號，因此，確認序號應當是上次已成功收到數據字節序號加1。不過，只有當標志位中的
ACK標志（下面介紹）為1時該確認序列號的字段才有效。主要用來解決不丟包的問題。 - Offset:給出首部中32 bit字的數目，需要這個值是因為任選字段的長度是可變的。這個字段占4bit（最多能表示15個32bit的的字，即4*15=60個字節的首部長度），因此TCP最多有60字節的首部。然而，沒有任選字段，正常的長度是20字節。
- TCP Flags:TCP首部中有6個標志比特，它們中的多個可同時被設置為1，主要是用于操控TCP的狀態機的，依次為
URG，ACK，PSH，RST，SYN，FIN。每個標志位的意思如下：
* URG：此標志表示TCP包的緊急指針域（后面馬上就要說到）有效，用來保證TCP連接不被中斷，并且督促中間層設備要盡快處理這些數據
* ACK：此標志表示應答域有效，就是說前面所說的TCP應答號將會包含在TCP數據包中；有兩個取值：0和1，為1的時候表示應答域有效，反之為0
* PSH：這個標志位表示Push操作。所謂Push操作就是指在數據包到達接收端以后，立即傳送給應用程序，而不是在緩沖區中排隊
* RST：這個標志表示連接復位請求。用來復位那些產生錯誤的連接，也被用來拒絕錯誤和非法的數據包
* SYN：表示同步序號，用來建立連接。SYN標志位和ACK標志位搭配使用，當連接請求的時候，SYN=1，ACK=0；連接被響應的時候，SYN=1，ACK=1；這個標志的數據包經常被用來進行端口掃描。掃描者發送一個只有SYN的數據包，如果對方主機響應了一個數據包回來 ，就表明這臺主機存在這個端口；但是由于這種掃描方式只是進行TCP三次握手的第一次握手，因此這種掃描的成功表示被掃描的機器不很安全，一臺安全的主機將會強制要求一個連接嚴格的進行TCP的三次握手
* FIN： 表示發送端已經達到數據末尾，也就是說雙方的數據傳送完成，沒有數據可以傳送了，發送FIN標志位的TCP數據包后，連接將被斷開。這個標志的數據包也經常被用于進行端口掃描 - Window:窗口大小，也就是有名的滑動窗口，用來進行流量控制。
二、 TCP/UDP區別總結
TCP(Transmission Control Protocol)
UDP(User Datagram Protocol)
- TCP面向連接（如打電話要先撥號建立連接)，UDP是無連接的，即發送數據之前不需要建立連接。
- TCP提供可靠的服務,邏輯通信信道是全雙工的可靠信道，也就是說通過TCP連接傳送的數據，無差錯，不丟失，不重復，且按序到達。UDP是不可靠信道盡最大努力交付，即不保證可靠交付。
- TCP面向字節流，實際上是TCP把數據看成一連串無結構的字節流。UDP是面向報文的UDP沒有擁塞控制，因此網絡出現擁塞不會使源主機的發送速率降低（對實時應用很有用，如IP電話，實時視頻會議等）。
- 每一條TCP連接只能是點到點的,UDP支持一對一，一對多，多對一和多對多的交互通信。
- TCP首部開銷20字節，UDP的首部開銷小，只有8個字節。
三 、 三次握手四次揮手的過程
TCP是面向連接的，無論哪一方向另一方發送數據之前，都必須先在雙方之間建立一條連接。
- 第一次握手：建立連接。客戶端發送連接請求報文段，將
SYN位置為1，Sequence Number為x；然后，客戶端進入SYN_SEND狀態，等待服務器的確認。 - 第二次握手：服務器收到SYN報文段。服務器收到客戶端的SYN報文段，需要對這個SYN報文段進行確認，設置
Acknowledgment Number為x+1(Sequence Number+1)；同時，自己自己還要發送SYN請求信息，將SYN位置為1，Sequence Number為y；服務器端將上述所有信息放到一個報文段（即SYN+ACK報文段）中，一并發送給客戶端，此時服務器進入SYN_RECV狀態 - 第三次握手：客戶端收到服務器的SYN+ACK報文段。然后將
Acknowledgment Number設置為y+1，向服務器發送ACK報文段，這個報文段發送完畢以后，客戶端和服務器端都進入ESTABLISHED狀態，完成TCP三次握手。
完成了三次握手，客戶端和服務器端就可以開始傳送數據。
當客戶端和服務器通過三次握手建立了TCP連接以后，當數據傳送完畢，要斷開TCP連接.對于TCP的斷開連接，這里就有了神秘的“四次分手”。
- 第一次分手：主機1（可以使客戶端，也可以是服務器端），設置
Sequence Number和Acknowledgment Number，向主機2發送一個FIN報文段；此時，主機1進入FIN_WAIT_1狀態；這表示主機1沒有數據要發送給主機2了。 - 第二次分手：主機2收到了主機1發送的FIN報文段，向主機1回一個
ACK報文段，Acknowledgment Number為Sequence Number加1；主機1進入FIN_WAIT_2狀態；主機2告訴主機1，我“同意”你的關閉請求。 - 第三次分手：主機2向主機1發送
FIN報文段，請求關閉連接，同時主機2進入LAST_ACK狀態。 - 第四次分手：主機1收到主機2發送的
FIN報文段，向主機2發送ACK報文段，然后主機1進入TIME_WAIT狀態；主機2收到主機1的ACK報文段以后，就關閉連接；此時，主機1等待2MSL后依然沒有收到回復，則證明Server端已正常關閉，主機1也可以關閉連接了。
四、 相關問題
- 1 為什么要三次握手？
感覺兩次就能完成連接，為什么非要三次呢？引用謝希仁的《計算機網絡》中的解釋
為了防止已失效的連接請求報文段突然又傳送到了服務器端，因而產生錯誤。
就是防止服務器端的一直等待而浪費了資源。
- 2 為什么要四次分手？
TCP協議是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的運輸層通信協議。TCP是全雙工模式，這就意味著，當主機1發出FIN報文段時，只是表示主機1已經沒有數據要發送了，主機1告訴主機2，它的數據已經全部發送完畢了；但是，這個時候主機1還是可以接受來自主機2的數據；當主機2返回ACK報文段時，表示它已經知道主機1沒有數據發送了，但是主機2還是可以發送數據到主機1的；當主機2也發送了FIN報文段時，這個時候就表示主機2也沒有數據要發送了，就會告訴主機1，我也沒有數據要發送了，之后彼此就會愉快的中斷這次TCP連接。 - 3 為什么
TIME_WAIT狀態還需要等2MSL后才能返回到CLOSED狀態？ - 什么是
2MSL？MSL即Maximum Segment Lifetime，也就是報文最大生存時間，引用《TCP/IP詳解》中的話：“它(MSL)是任何報文段被丟棄前在網絡內的最長時間。”那么，2MSL也就是這個時間的2倍。其實我覺得沒必要把這個MSL的確切含義搞明白，你所需要明白的是，當TCP連接完成四個報文段的交換時，主動關閉的一方將繼續等待一定時間(2-4分鐘)，即使兩端的應用程序結束。 - 從以上TCP連接關閉的狀態轉換圖可以看出，主動關閉的一方在發送完對對方FIN報文的確認(ACK)報文后，會進入
TIME_WAIT狀態。TIME_WAIT狀態也稱為2MSL狀態。 - 為什么需要2MSL？根據《TCP/IP詳解》和《The TCP/IP Guide》中的說法，有兩個原因：
其一，保證發送的ACK會成功發送到對方，如何保證？我覺得可能是通過超時計時器發送。這個就很難用代碼演示了。
其二，報文可能會被混淆，意思是說，其他時候的連接可能會被當作本次的連接。直接引用《The TCP/IP Guide》的說法：The second is to provide a “buffering period” between the end of this connection and any subsequent ones. If not for this period, it is possible that packets from different connections could be mixed, creating confusion.
- 4 常見的應用中有哪些是應用TCP協議的，哪些又是應用UDP協議的，為什么它們被如此設計？
- 多播的信息一定要用UDP實現，因為TCP只支持一對一通信。
- 如果一個應用場景重性能甚于重完整性和安全性，那么適合于UDP，比如多媒體應用，缺一兩幀不影響用戶體驗，但是需要流媒體到達的速度快，因此比較適合用UDP。
- 以qq為例的一個說明
- 登陸采用TCP協議和HTTP協議，你和好友之間發送消息，主要采用UDP協議，內網傳文件采用了P2P技術。
- 和好友發消息，客戶端client采用UDP協議，但是需要通過服務器轉發。騰訊為了確保傳輸消息的可靠，采用上層協議來保證可靠傳輸。如果消息發送失敗，客戶端會提示消息發送失敗，并可重新發送。
- 如果是在內網里面的兩個客戶端傳文件，QQ采用的是P2P技術，不需要服務器中轉。
參考文獻
http://blog.csdn.net/yipiankongbai/article/details/24435977
http://www.jellythink.com/archives/705
http://www.zhihu.com/question/20292749
謝希仁《計算機網絡》《圖解tcp/ip》《tcp/ip詳解》
