什么是 TCP ？

TCP 是面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議。

• 面向連接：一定是「一對一」才能連接，不能像 UDP 協議可以一個主機同時向多個主機發送消息，也就是一對多是無法做到的；
• 可靠的：無論的網絡鏈路中出現了怎樣的鏈路變化，TCP 都可以保證一個報文一定能夠到達接收端；
• 字節流：用戶消息通過 TCP 協議傳輸時，消息可能會被操作系統「分組」成多個的 TCP 報文，如果接收方的程序如果不知道「消息的邊界」，是無法讀出一個有效的用戶消息的。并且 TCP 報文是「有序的」，當「前一個」TCP 報文沒有收到的時候，即使它先收到了后面的 TCP 報文，那么也不能扔給應用層去處理，同時對「重復」的 TCP 報文會自動丟棄。

UDP 和 TCP 的區別

1. 連接

• TCP 是面向連接的傳輸層協議，傳輸數據前先要建立連接。
• UDP 是不需要連接，即刻傳輸數據。

2. 服務對象

• TCP 是一對一的兩點服務，即一條連接只有兩個端點。
• UDP 支持一對一、一對多、多對多的交互通信

3. 可靠性

• TCP 是可靠交付數據的，數據可以無差錯、不丟失、不重復、按需到達。
• UDP 是盡最大努力交付，不保證可靠交付數據。

4. 擁塞控制、流量控制

• TCP 有擁塞控制和流量控制機制，保證數據傳輸的安全性。
• UDP 則沒有，即使網絡非常擁堵了，也不會影響 UDP 的發送速率。

5. 首部開銷

• TCP 首部長度較長，會有一定的開銷，首部在沒有使用「選項」字段時是 20 個字節，如果使用了「選項」字段則會變長的。
• UDP 首部只有 8 個字節，并且是固定不變的，開銷較小。

6. 傳輸方式

• TCP 是流式傳輸，沒有邊界，但保證順序和可靠。
• UDP 是一個包一個包的發送，是有邊界的，但可能會丟包和亂序。

7. 分片不同

• TCP 的數據大小如果大于 MSS 大小，則會在傳輸層進行分片，目標主機收到后，也同樣在傳輸層組裝 TCP 數據包，如果中途丟失了一個分片，只需要傳輸丟失的這個分片。
• UDP 的數據大小如果大于 MTU 大小，則會在 IP 層進行分片，目標主機收到后，在 IP 層組裝完數據，接著再傳給傳輸層。

TCP 和 UDP 應用場景：

由于 TCP 是面向連接，能保證數據的可靠性交付，因此經常用于：

• FTP 文件傳輸；
• HTTP / HTTPS；

由于 UDP 面向無連接，它可以隨時發送數據，再加上UDP本身的處理既簡單又高效，因此經常用于：

• 包總量較少的通信，如 DNS 、SNMP 等；
• 視頻、音頻等多媒體通信；
• 廣播通信；

TCP 三次握手和四次揮手

TCP 三次握手和四次揮手也是面試題的熱門考點，它們分別對應 TCP 的連接和釋放過程。下面就來簡單認識一下這兩個過程

TCP 三次握手

在了解具體的流程前，我們需要先認識幾個概念

• SYN：它的全稱是 Synchronize Sequence Numbers，同步序列編號。是 TCP/IP 建立連接時使用的握手信號。在客戶機和服務器之間建立 TCP 連接時，首先會發送的一個信號。客戶端在接受到 SYN 消息時，就會在自己的段內生成一個隨機值 X。
• SYN-ACK：服務器收到 SYN 后，打開客戶端連接，發送一個 SYN-ACK 作為答復。確認號設置為比接收到的序列號多一個，即 X + 1，服務器為數據包選擇的序列號是另一個隨機數 Y。
• ACK：Acknowledge character, 確認字符，表示發來的數據已確認接收無誤。最后，客戶端將 ACK 發送給服務器。序列號被設置為所接收的確認值即 Y + 1。

如果用現實生活來舉例的話就是

小明 - 客戶端 小紅 - 服務端

• 小明給小紅打電話，接通了后，小明說喂，能聽到嗎，這就相當于是連接建立。
• 小紅給小明回應，能聽到，你能聽到我說的話嗎，這就相當于是請求響應。
• 小明聽到小紅的回應后，好的，這相當于是連接確認。在這之后小明和小紅就可以通話/交換信息了。

TCP 四次揮手

在連接終止階段使用四次揮手，連接的每一端都會獨立的終止。下面我們來描述一下這個過程。

• 首先，客戶端應用程序決定要終止連接(這里服務端也可以選擇斷開連接)。這會使客戶端將 FIN 發送到服務器，并進入 FIN_WAIT_1 狀態。當客戶端處于 FIN_WAIT_1 狀態時，它會等待來自服務器的 ACK 響應。
• 然后第二步，當服務器收到 FIN 消息時，服務器會立刻向客戶端發送 ACK 確認消息。
• 當客戶端收到服務器發送的 ACK 響應后，客戶端就進入 FIN_WAIT_2 狀態，然后等待來自服務器的 FIN 消息
• 服務器發送 ACK 確認消息后，一段時間（可以進行關閉后）會發送 FIN 消息給客戶端，告知客戶端可以進行關閉。
• 當客戶端收到從服務端發送的 FIN 消息時，客戶端就會由 FIN_WAIT_2 狀態變為 TIME_WAIT 狀態。處于 TIME_WAIT 狀態的客戶端允許重新發送 ACK 到服務器為了防止信息丟失。客戶端在 TIME_WAIT 狀態下花費的時間取決于它的實現，在等待一段時間后，連接關閉，客戶端上所有的資源（包括端口號和緩沖區數據）都被釋放。

還是可以用上面那個通話的例子來進行描述

• 小明對小紅說，我所有的東西都說完了，我要掛電話了。
• 小紅說，收到，我這邊還有一些東西沒說。
• 經過若干秒后，小紅也說完了，小紅說，我說完了，現在可以掛斷了
• 小明收到消息后，又等了若干時間后，掛斷了電話。