引言


前段时间一直在准备面试,本以为准备的挺好,然而被腾讯面试官问道网络问题的时候,发现自己对TCP协议的理解真的是停留在表面,不够深入。于是本着提高自己的想法,去查了些资料,这里主要是总结我对TCP建立与断开连接过程的理解。你可以在
这里
<https://wukongcoo1.github.io/2019/09/02/TCP%E7%9A%84%E4%B8%89%E6%AC%A1%E6%8F%A1%E6%89%8B%E4%B8%8E%E5%9B%9B%E6%AC%A1%E6%8C%A5%E6%89%8B/>
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常见题目

在面试中网络问题是一定会考察的,而TCP协议则是考察网络知识的重点。经常会被问道的问题如下:

* 请讲一下TCP协议建立连接的过程
* 请介绍TCP协议中的三次握手和四次挥手是怎么样的
* 为什么TCP协议要三次握手来确立连接,而不是两次,也不是4次
* TCP连接发起是的syn序号为什么不能从同一个序号开始,比如说1
接下来,我将介绍我理解的TCP三次握手和4次挥手的过程,如果错误还请指正,谢谢。

TCP协议

三次握手过程


首先需要服务器监听特定的端口,等待客户端来请求连接。当客户端需要建立连接时,客户端会先向服务器发送syn报文,将报文中syn置为随机生成的序号n(这里假设序号为1000)。服务器收到同步报文后,会回复一个ack报文,把ACK位置位n+1(这里的序号应该为1001),同时设置syn为y(这里假设为2000)。客户端收到服务器发送的ack报文后,会回复一个ACK报文给服务器,其中ACK位置为y+1(这里即为2001)。当服务器收到ACK消息后,即认为连接进入稳定状态。状态机与流程图如下:




四次挥手过程


当client从app接收到关闭指令后,client会给server发送FIN消息(表明client不会再给server发送数据),client进入finish-wait-1状态。server收到finish消息后,回复确认消息ack给client,自身进入close-wait状态。client接收到ack消息后,进入到FIN-WAIT-2状态。并且在此状态等待服务器发送finish消息。当server接收到app的关闭指令后,server给client发送FIN消息。服务器进入到LAST-ACK状态。客户端收到FIN消息后,会回复ACK消息,同时进入到TIME-WAIT状态,来等待server收到ack消息,客户端会在接下来的2MSL(maximum
segment
lifetime)的时间内保持TIME-WAIT状态。为什么是2MSL时间呢,一是为了server有足够的时间收到ACK消息,并在消息丢失时重发。二是为了在此连接结束后的后续连接提供缓冲期。如果不是2倍MSL的话,就可能混合来自不同连接的数据包,造成消息混乱。状态机与流程图如下:





完整过程

以下为TCP从建立连接到断开的完整流程图



开始答题

有了上面的介绍,基本能够回答前两个问题。

请讲一下TCP协议建立连接的过程

看上面

请介绍TCP协议中的三次握手和四次挥手是怎么样的

看上面

为什么TCP协议要三次握手来确立连接,而不是两次,也不是4次


首先呢,根本不存在可靠的连接,tcp只是提供相对可靠的连接。三次握手的主要目的是交换通信需要的参数,主要是server与client的syn序号,这个序号是用于收发数据的。如果只有两次握手的话,当服务器发送ack+syn消息后,就会认为建立了稳定连接,这个时候如果ack+syn丢失了,client并没有收到这个消息,那么客户端就会认为连接建立不成功,而直接进入close状态。这样就会造成,server一直在哪傻等,永远不会有client来发送数据,这就会造成服务器资源的浪费。至于为什么不是四次握手,是因为握手三次成功以后,就可以认定当前连接是可靠的了,不然的话还需要client与server互相之间发送ack消息,这样就无休无止了。

TCP连接发起是的syn序号为什么不能从同一个序号开始,比如说1


因为现实中的网络状况不可预知,比如说客户端在第一次连接时,使用序号为1为初始序号进行数据发送,发送了1到30的数据片段,这个时候因为网络问题断开了连接。然后客户端是syn为1重新建立了新的连接,这个时候服务器收到了之前发送的30个字节的数据,服务器就会以为这30个字节的数据是新发的,这就会导致数据混乱。

参考资料

说明,本文所有图片均来自The TCP/IP Guide
<http://www.tcpipguide.com/free/t_TCPConnectionTermination-2.htm>。

参考资料如下:

The TCP/IP Guide
<http://www.tcpipguide.com/free/t_TCPConnectionTermination-2.htm>

TCP为什么需要3次握手与4次挥手 <https://blog.csdn.net/xifeijian/article/details/12777187>

TCP三次握手四次挥手详解 <https://zhuanlan.zhihu.com/p/40013850>