TCP/UDP协议-三次握手、四次挥手

1、什么是TCP协议

 tcp可靠数据传输协议;为了实现可靠传输，在通信之前需要先建立连接，也叫"双向通路"，
就是说客户端与服务端要建立连接，服务端与客户端也需要建立连接，当然建立的这个双向通路它只是一个虚拟的链路，不是用网线将两个设备真实的捆绑在一起;。

虚拟链路的作用︰由于每次通信都需要拿到IP和Port，那就意味着每次都需要查找，建立好虚拟通路，下次两台主机之间就可以直接传递数据;

2、三次握手

2.1、流程说明

第一次:客户端要与服务端建立连接，需要发送请求连接消息;
第二次︰服务端接收到数据后，返回一个确认操作（至此客户端到服务端链路建立成功);
第三次:服务端还需要发送要与客户端建立连接的请求;
第四次︰客户端接收到数据后，返回一个确认的操作(至此服务端到客户端的链路建立成功)﹔
由于建立连接时没有数据传输，所以第二次确认和第三次请求可以合并为一次发送;

2.2、流程图

2.3、序号(seq)和确认号(ack)

2.3.1、为什么有序号和确认号

TCP协议为了实现可靠传输，通信双方需要判断自己已经发送的数据包是否都被接收方收到，如果没收到，就需要重发。为了实现这个需求，就引出序号(seq)和确认号(ack)的使用。

2.3.2、序号和确认号的示例

发送方在发送数据包时，序列号(假设为123)，那么接收方收到这个数据包以后，就可以回复一个确认号(124=123+1)告诉发送方“我已经收到了你的数据包，
你可以发送下一个数据包，序号从124开始”,这样发送方就可以知道哪些数据被接收到，哪些数据没被接收到，需要重发。

2.3.3、序号和确认号流程图

3、四次挥手

3.1、流程说明

第一次挥手:客户端（服务端也可以主动断开）向服务端说明想要关闭连接;
第二次挥手∶服务端会回复确认。但不是立马关闭，因为此时服务端可能还有数据在传输中;
第三次挥手∶待到服务端数据传输都结束后，服务端向客户端发出消息，我要断开连接了;
第四次挥手:客户端收到服务端的断开信息后，给予确认。服务端收到确认后正式关闭。

3.2、流程图

4、转换状态

4.1、三次握手-转换状态

4.1.1、转换状态说明

三次握手状态转换:
1、客户端发送syn包向服务端请求建立TC连接，客户端进入SYN_SEND 状态;
2、服务端收到请求之后，向客户端发送SYN+ACK 的合成包，同时自身进入SYN_RECV状态;
3、客户端收到回复之后，发送ACK信息，自身进入ESTABLISHED状态;
4、服务端收到ACK数据之后，进入ESTABLISHED状态。

4.1.2、转换状态图

4.2、四次挥手-转换状态

4.2.1、转换状态说明

四次挥手过状态转换:
1、客户端发送完数据之后，向服务器请求断开连接，自身进入FIN_WAIT_1状态;
2、服务端收到FIN包之后，回复ACK包表示已经收到，但此时服务端可能还有数据没发送完成，自身进入CLOSE_WAIT 状态，表示对方已发送完成且请求关闭连接，自身发送完成之后可以关闭连接;
3、服务端数据发送完成后，发送FIN包给客户端，自身进入LAST_ACK 状态，等待客户端ACK确认;
4、客户端收到FIN包之后，回复一个ACK包，并进入TIME_WAIT 状态;

注意:TIME_WAIT状态比较特殊，当客户端收到服务端的FIN包时，理想状态下，是可以直接关闭连接了;

但是有几个问题:
问题1:网络是不稳定的，可能服务端发送的一些数据包，比服务端发送的FIN包还晚到;
问题2:如果客户端回复的ACK包丢失了，服务端就会一直处于LAST_ACK状态,如果客户端没有关闭，那么服务端还会重传FIN包，然后客户端继续确认;

所以客户端如果ACK后立即关闭连接，会导致数据不完整、也可能造成服务端无法释放连接。所以此时客户端需要等待2个报文生存最大时长，确保网络中没有任何遗留报文了，再关闭连接;

如果机器TIME_WAIT过多，会造成端口会耗尽，可以修改内核参数 tcp_tw_recycle=1端口重用;

4.2.2、转换状态图

5、UDP协议

udp是不可靠传输协议;不可靠指的是传输数据时不可靠;
udp协议不需要先建立连接，只需要获取服务端的ip+port，发送完毕也无需服务器返回ack ;
udp协议如果在发送在数据的过程中丢了，那就丢了;