一、TCP 三次握手

假设发送端为客户端，接收端为服务端。开始时客户端和服务端的状态都是CLOSE。

  1. 第一次握手：客户端向服务端发起建立连接请求，客户端会随机生成一个起始序列号x，客户端向服务端发送的字段中包含标志位SYN=1，序列号seq=x。第一次握手前客户端的状态为CLOSE，第一次握手后客户端的状态为SYN-SENT。此时服务端的状态为LISTEN 。（SYN表示建立连接，ACK表示响应）
  2. 第二次握手：服务端在收到客户端发来的报文后，会随机生成一个服务端的起始序列号y，然后给客户端回复一段报文，其中包括标志位SYN=1，ACK=1，序列号seq=y，确认号ack=x+1。第二次握手前服务端的状态为LISTEN，第二次握手后服务端的状态为SYN-RCVD，此时客户端的状态为 SYN-SENT。（其中SYN=1表示要和客户端建立一个连接，ACK=1表示确认序号有效）
  3. 第三次握手：客户端收到服务端发来的报文后，会再向服务端发送报文，其中包含标志位ACK=1， 序列号seq=x+1，确认号ack=y+1。第三次握手前客户端的状态为SYN-SENT，第三次握手后客户端和服务端的状态都为ESTABLISHED。

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1. 为什么要三次握手

三次握手的目的是建立可靠的通信信道，说到通讯，简单来说就是数据的发送与接收，而三次握手最主要的目的就是双方确认自己与对方的发送与接收是正常的。
第一次握手：Client 什么都不能确认；Server 确认了对方发送正常，自己接收正常
第二次握手：Client 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常；Server 确认了：对方发送正常，自己接收正常
第三次握手：Client 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常；Server 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常
所以三次握手就能确认双发收发功能都正常，缺一不可。

2. 为什么要传回 SYN

接收端传回发送端所发送的 SYN 是为了告诉发送端，我接收到的信息确实就是你所发送的信号了。
SYN 是 TCP/IP 建立连接时使用的握手信号。在客户机和服务器之间建立正常的 TCP 网络连接时，客户机首先发出一个 SYN 消息，服务器使用 SYN-ACK 应答表示接收到了这个消息，最后客户机再以 ACK（确认字符，在数据通信传输中，接收站发给发送站的一种传输控制字符。它表示确认发来的数据已经接受无误。）消息响应。这样在客户机和服务器之间才能建立起可靠的TCP连接，数据才可以在客户机和服务器之间传递。

3. 传了 SYN,为啥还要传 ACK

双方通信无误必须是两者互相发送信息都无误。传了 SYN，证明发送方到接收方的通道没有问题，但是接收方到发送方的通道还需要 ACK 信号来进行验证。

二、TCP 四次挥手

  1. A的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段（FIN=1，序号seq=u），并停止再发送数据，主动关闭TCP连接，进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态，等待B的确认。
  2. B收到连接释放报文段后即发出确认报文段（ACK=1，确认号ack=u+1，序号seq=v），B进入 CLOSE-WAIT（关闭等待）状态，此时的TCP处于半关闭状态，A到B的连接释放。
  3. A收到B的确认后，进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待B发出的连接释放报文段。
  4. B发送完数据，就会发出连接释放报文段（FIN=1，ACK=1，序号seq=w，确认号ack=u+1），B进入LAST-ACK（最后确认）状态，等待A的确认。
  5. A收到B的连接释放报文段后，对此发出确认报文段（ACK=1，seq=u+1，ack=w+1），A进入 TIME-WAIT（时间等待）状态。此时TCP未释放掉，需要经过时间等待计时器设置的时间2MSL （最大报文段生存时间）后，A才进入CLOSED状态。B收到A发出的确认报文段后关闭连接，若没收到A发出的确认报文段，B就会重传连接释放报文段。

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简述：

  • 客户端-发送一个 FIN，用来关闭客户端到服务器的数据传送。
  • 服务器-收到这个 FIN，它发回一 个 ACK，确认序号为收到的序号加1 。和 SYN 一样，一个 FIN 将占用一个序号。
  • 服务器-关闭与客户端的连接，发送一个FIN给客户端。

  • 客户端-发回 ACK 报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1。

    1. 为什么要四次挥手

    任何一方都可以在数据传送结束后发出连接释放的通知，待对方确认后进入半关闭状态。当另一方也没有数据再发送的时候，则发出连接释放通知，对方确认后就完全关闭了TCP连接。
    举个例子：A 和 B 打电话，通话即将结束后，A 说“我没啥要说的了”，B回答“我知道了”，但是 B 可能还会有要说的话，A 不能要求 B 跟着自己的节奏结束通话，于是 B 可能又巴拉巴拉说了一通，最后 B 说“我说完了”，A 回答“知道了”，这样通话才算结束。

    2. 为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

    因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到连接释放报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端：“你发的连接释放报文我收到了”。只有等到Server端所有的报文都发送完了，才能发送连接释放报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

    3. 几个术语

    MSL（Maximum Segment Lifetime）“报文最大生存时间”，他是任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃。这个时间是有限的，因为TCP报文段以IP数据报在网络内传输，而IP数据报则有限制其生存时间的TTL时间。RFC 793指出MSL为2分钟，现实中常用30秒或1分钟。
    TTL（Time to Live）是指数据包存活时间，指一个数据包在经过一个路由器时，可传递的最长距离（跃点数）。每当数据包经过一个路由器时，其存活次数就会减少1。如果减到0了还是没有传送到目的主机，那么这个数据包就会自动丢失，这时路由器会发送一个ICMP报文给最初的发送者。其设计目的是防止数据包因不正确的路由表等原因造成的无限循环而无法送达及耗尽网络资源。
    MTU：最大传输单元，链路层的帧中的数据部分的最大字节数，以太网中的一般为1500字节。
    MSS：最大报文段大小，TCP的报文段中的数据部分的最大字节数，MTU减去IPv4的Header和TCP的Header。IPv4的Header和TCP的Header一般都是20字节，则MSS=1500-20-20 = 1460字节
    RTT：客户到服务器往返所花时间（round-trip time，简称RTT），TCP含有动态估算RTT的算法。TCP还持续估算一个给定连接的RTT，这是因为RTT受网络传输拥塞程序的变化而变化

    4. timewait状态需要经过2MSL的原因

    2MSL即两倍的MSL，TCP的TIME_WAIT状态也称为2MSL等待状态，当TCP的一端发起主动关闭，在发出最后一个ACK包后，即第3次握手完成后发送了第四次握手的ACK包后就进入了TIME_WAIT状态，必须在此状态上停留两倍的MSL时间，等待2MSL时间主要目的是怕最后一个ACK包对方没收到，那么对方在超时后将重发第三次握手的FIN包，主动关闭端接到重发的FIN包后可以再发一个ACK应答包。在TIME_WAIT状态时两端的端口不能使用，要等到2MSL时间结束才可继续使用。当连接处于2MSL等待阶段时任何迟到的报文段都将被丢弃。不过在实际应用中可以通过设置SO_REUSEADDR选项达到不必等待2MSL时间结束再使用此端口。
    作用（A是客户端，B是服务器）：

  • 保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B。

  • 防止已失效的连接请求报文段出现在本连接中。A在发送完最后一个ACK报文段后，再经过2MSL， 就可以使这个连接所产生的所有报文段都从网络中消失，使下一个新的连接中不会出现旧的连接请求报文段。

    三、TCP和UDP的区别

    TCP是可靠地面向连接的通信过程，含有三次握手四次挥手的机制。
    UDP是不可靠的无连接的通信过程，客户端只管发，不管服务端有没有接收到。
  1. TCP面向连接；UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。
  2. TCP提供可靠的服务；UDP不保证可靠交付。
  3. TCP面向字节流，把数据看成一连串无结构的字节流；UDP是面向报文的。
  4. TCP有拥塞控制；UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如IP电话，实时视频会议等）
  5. 每一条TCP连接只能是点到点的；UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信
  6. TCP首部开销20字节；UDP的首部开销小，只有8个字节。

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UDP 在传送数据之前不需要先建立连接，远地主机在收到 UDP 报文后，不需要给出任何确认。虽然 UDP 不提供可靠交付，但在某些情况下 UDP 确是一种最有效的工作方式（一般用于即时通信），比如： QQ 语音、 QQ 视频 、直播等等。
TCP 提供面向连接的服务。在传送数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。 TCP 不提供广播或多播服务。由于 TCP 要提供可靠的，面向连接的传输服务，所以难免增加了许多开销，如确认，流量控制，计时器以及连接管理等。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多处理机资源。TCP 一般用于文件传输、发送和接收邮件、远程登录等场景。

参考链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/53302460
参考链接：https://blog.csdn.net/S_123789/article/details/105932036