Java基础复习笔记之TCP

tcp的三次握手
TCP三次握手:
  (1)第一次握手:Client将标志位SYN置为1,随机产生一个值seq=x,并将该数据包发送给Server,Client进入SYN_SENT状态,等待Server确认。
  (2)第二次握手:Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接,Server将标志位SYN和ACK都置为1,ack=x+1,随机产生一个值seq=y,并将该数据包发送给Client以确认连接请求,Server进入SYN_RCVD状态。
  (3)第三次握手:Client收到确认后,检查ack是否为x+1,ACK是否为1,如果正确则将标志位ACK置为1,ack=y+1,并将该数据包发送给Server,Server检查ack是否为y+1,ACK是否为1,如果正确则连接建立成功,Client和Server进入ESTABLISHED状态,完成三次握手,随后Client与Server之间可以开始传输数据了。
TCP的四次挥手
1)客户端进程发出连接释放报文,并且停止发送数据。释放数据报文首部FIN=1,其序列号为seq=u,此时,客户端进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态。 
2)服务器收到连接释放报文,发出确认报文,ACK=1,ack=u+1,并且带上自己的序列号seq=v,此时,服务端就进入了CLOSE-WAIT(关闭等待)状态。TCP服务器通知高层的应用进程,客户端向服务器的方向的连接释放了,这时候处于半关闭状态,即客户端已经没有数据要发送了,但是服务器若发送数据,客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间,也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间
3)客户端收到服务器的确认请求后,客户端就进入FIN-WAIT-2状态,等待服务器发送连接释放报文(在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据)
4)服务器将最后的数据发送完毕后,就向客户端发送连接释放报文,FIN=1,ack=u+1,由于在半关闭状态,服务器很可能又发送了一些数据,假定此时的序列号为seq=w,此时,服务器就进入了LAST-ACK(最后确认)状态,等待客户端的确认。
5)客户端收到服务器的连接释放报文后,必须发出确认,ACK=1,ack=w+1,而自己的序列号是seq=u+1,此时,客户端就进入了TIME-WAIT(时间等待)状态。注意此时TCP连接还没有释放,必须经2MSL(最长报文段寿命)的时间后,当客户端撤销相应的TCB后,才进入CLOSED状态
6)服务器只要收到了客户端发出的确认,立即进入CLOSED状态。同样,撤销TCB(传输控制模块)后,就结束了这次的TCP连接。可以看到,服务器结束TCP连接的时间要比客户端早
为什么客户端最后还要等待2MSL?
MSL(Maximum Segment Lifetime),TCP允许不同的实现可以设置不同的MSL值。
第一,保证客户端发送的最后一个ACK报文能够到达服务器,因为这个ACK报文可能丢失,站在服务器的角度看来,我已经发送了FIN+ACK报文请求断开了,客户端还没有给我回应,应该是我发送的请求断开报文它没有收到,于是服务器又会重新发送一次,而客户端就能在这个2MSL时间段内收到这个重传的报文,接着给出回应报文,并且会重启2MSL计时器。
第二,防止已经关闭的连接报文段出现在新的连接中。客户端发送完最后一个确认报文后,在这个2MSL时间中,就可以使本连接持续的时间内所产生的所有旧报文段都从网络中消失。这样新的连接中不会出现旧连接的数据报文。
为何关闭连接确是四次挥手呢?
关闭连接时,服务器收到对方的FIN报文时,仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据,而自己也未必全部数据都发送给对方了,所以己方可以立即关闭,也可以发送一些数据给对方后,再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接,因此,己方ACK和FIN一般都会分开发送,从而导致多了一次。
如果已经建立了连接,但是客户端突然出现故障了怎么办?
TCP还设有一个保活计时器,显然,客户端如果出现故障,服务器不能一直等下去,白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器,时间通常是设置为2小时,若两小时还没有收到客户端的任何数据,服务器就会发送一个探测报文段,以后每隔75分钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应,服务器就认为客户端出了故障,接着就关闭连接。
如果网络连接中出现大量 TIME_WAIT 状态所带来的危害?
如果系统中有很多 socket 处于 TIME_WAIT 状态,当需要创建新的 socket 连接的时候可能会受到影响,这也会影响到系统的扩展性。之所以 TIME_WAIT 能够影响系统的扩展性是因为在一个 TCP 连接中,一个 Socket 如果关闭的话,它将保持 TIME_WAIT 状态大约 1-4 分钟 。如果很多连接快速的打开和关闭的话,系统中处于 TIME_WAIT 状态的 socket 将会积累很多,由于本地端口数量的限制,同一时间只有有限数量的 socket 连接可以建立,如果太多的 socket 处于 TIME_WAIT 状态,将无法建立新连接。
如何消除大量 TCP 短连接引发的 TIME_WAIT?
1)可以改为长连接,但代价较大,长连接太多会导致服务器性能问题,而且 PHP 等脚本语言,需要通过 proxy 之类的软件才能实现长连接;
6.TCP是如何保证可靠传输?
1)超时重传:接收方收到报文就会确认,发送方发送一段时间后没有收到确认就重传
2)数据校验;
3)数据合理分片和排序
4)流量控制:当接收方来不及处理发送方的数据,能提示发送方降低发送的速率,防止包丢失。
5)拥塞控制:当网络拥塞时,减少数据的发送。
UDP
特点:
1)无连接,即发送之前不需要建立连接,发送之后不需要断开连接,减少了开销和发送数据之前的时延。
2)不保证可靠交付
3)面向报文
面向报文的传输方式是应用层交给UDP多长的报文,UDP就照样发送,即一次发送一个报文。
4)  UDP没有拥塞控制,因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低
5)  UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信
6)  UDP的首部开销小,只有8个字节,比TCP的20个字节的首部要短
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