概念
为什么需要TCP/IP协议
电脑运行着不同的操作系统，想发送不同的信息出去，好像就是全国各地的方言一样，即使表达相同的意思，也不能理解它们，需要使用一个通用的方式，让两个语言不同的人能够就行交流。
所以它们需要一些相通的东西进行交流，所以普通话就产生了，呸，跑题了，所以TCP/IP 就这样诞生了。
TCP/IP不是一个协议，而是一个协议族的统称。里面包括了IP协议，IMCP协议，TCP协议，以及我们更加熟悉的http、ftp、pop3协议等等。电脑有了这些，就学会了普通话，可以和全国各地的人交流了。
TCP/IP协议分层
TCP工作在网络OSI的七层模型中如下所示：
应用层：向用户提供一组常用的应用程序，如电子邮件（简单邮件传输协议，SMTP），文件传输访问（文件传输协议，FTP），远程登录（TELNET）等。传输层：提供应用程序间的通信。其功能包括： 格式化信息流；提供可靠传输。网络层（网际层）：这里有 IP 协议类似的协议，负责相邻计算机之间的通信。功能主要包括三方面：- 处理来自传输层的分组发送请求：收到请求之后，将分组装入 IP 数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口；
- 处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进行寻址：如果该数据包已经到达信宿机，则去掉报头，将剩下一部分交给适当的传输协议；如果该数据包尚未到达信宿机，则转发该数据报；
- 处理路径、流控、拥塞等问题；
网络接口层：这个层次为待传送的数据加入一个以太网协议头，并进行CRC编码，数据传输做准备。硬件层：这个层次的定义包括网线的制式，网卡的定义等等
常识
ip 地址：互联网地址，网络上每一个节点都必须有一个独立的Internet地址（也叫做IP地址）。。现在，通常使用的IP地址是一个32bit的数字，也就是我们常说的IPv4标准，这32bit的数字分成四组，也就是常见的255.255.255.255的样式。IPv4标准上，地址被分为五类，我们常用的是B类地址。具体的分类请参考其他文档。需要注意的是IP地址是网络号+主机号的组合，这非常重要。域名系统：域名系统是一个分布的数据库，它提供将主机名转换成IP地址的服务。RFC：tcp/ip协议的标准文档；端口号：用在TCP，UDP上的一个逻辑号码，并不是一个硬件端口，我们平时说把某某端口封掉了，也只是在IP层次把带有这个号码的IP包给过滤掉了而已。
TCP 的报文格式
参考TCP报文格式
Source Port, Destination Port（源端口号，目的端口号）：分别占用 16 位，用于区别主机中的不同进程；由于 IP 地址用来区分不同主机，所以源端口号、目的端口号与 IP 首部中的源 IP 地址和目的 IP 地址，技能确定唯一的一个 TCP 连接；Sequence Number（发送序号）：32 位数据，用来标识从 TCP 发送端向 TCP 接收端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的第一个数据字节在数据流中的序号，主要用来解决网络报乱序问题；Acknowledgment Number（确认序号）：占用 32 位，由接收端的计算机使用，将分段的报文重组成最初形式；如果设置了控制位 ACK = 1，则这个值表示下一个准备接受的包的序列码；Offset（数据偏移量）：占用 4 位，给出首部中 32bit 字的数目，需要这个值是因为任选字段的长度是可变的（如果没有任选字段，正常的长度是 20 字节）；Reserved（保留位）：占用 6 位，且必须是 0，为了将来定义新的用途而保留；TCP Flags（TCP 标志位）
：用于标志 TCP 的某些状态，它们中的多个可同时被设置为 1，主要用于操控 TCP 的状态机，6 个标志位依次为 URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN。每个标志位的意义如下：
URG：紧急标志 (Urgent)，该标志表示 TCP 包的紧急指针域有效（后面将会说到紧急指针域的内容），用来保证 TCP 连接不被中断，并督促中间层设备要尽快处理这些数据；ACK：确认标志 (Acknowledge)，该标志表示应答域有效，就是说前面提到的 TCP 应答信号会包含在 TCP 数据包中；ACK 可以由两个取值( 0/1 )：应答域有效为1，反之为0；PSH：推标志 (Push)，表示 Push 操作，即在数据报到达接收端以后，立即传送给应用程序，而不是在缓冲区中排队；RST：复位标志 (Reset)，用来复位那些产生错误的连接，也被用来拒绝错误和非法的数据报；SYN：同步标志 (Synchronize)，用来建立连接。该标志经常与 ACK 标志搭配使用。
FIN：结束标志 (Finish)，表示发送端已经达到数据末尾，也就是说双方的数据传送完成，没有数据可以传送了，发送FIN标志位的TCP数据包后，连接将被断开。这个标志的数据包也经常被用于进行端口扫描；
参考TCP 协议详解
TCP 的三次握手
三次握手详解 TCP 是面向连接的，无论哪一方向另一方发送数据之前，都必须先在双方之间建立一条连接。在 TCP / IP 协议中，TCP 协议提供可靠的连接服务，连接是通过三次握手进行初始化的。 三次握手的目的是同步连接双方的序列号和确认号并交换 TCP 窗口大小信息。这就是面试中经常会被问到的 TCP 三次握手。
第一次握手：建立连接。客户端发送连接请求报文段，将SYN位置为1，Sequence Number为x；然后，客户端进入SYN_SEND状态，等待服务器的确认；
第二次握手：服务器收到SYN报文段。服务器收到客户端的SYN报文段，需要对这个SYN报文段进行确认，设置Acknowledgment Number为x+1(Sequence Number+1)；同时，自己自己还要发送SYN请求信息，将SYN位置为1，Sequence Number为y；服务器端将上述所有信息放到一个报文段（即SYN+ACK报文段）中，一并发送给客户端，此时服务器进入SYN_RECV状态；
第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。然后将Acknowledgment Number设置为y+1，向服务器发送ACK报文段，这个报文段发送完毕以后，客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态，完成TCP三次握手。
完成了三次握手，客户端和服务器端就可以开始传送数据。
主要是注意为什么要进行第三次连接，这里很容易挖坑，书中解释说：
为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误。
“已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下：客户端发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达服务器。本来这是一个早已失效的报文段，但服务器收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是客户端再次发出的一个新的连接请求。于是就向客户端发出确认报文段，同意建立连接。假设不采用“三次握手”，那么只要服务器发出确认，新的连接就建立了。由于现在客户端并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬服务器的确认，也不会向服务器发送数据。但服务器却以为新的运输连接已经建立，并一直等待客户端发来数据。这样，服务器的很多资源就白白浪费掉了。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况，客户端不会向服务器的确认发出确认。服务器由于收不到确认，就知道客户端并没有要求建立连接。”
其实主要目的就是为了防止服务端一致等待导致资源浪费。
TCP 的四次分手
具体还是参考上面提供的这个链接通俗大白话来理解TCP协议的三次握手和四次分手
第一次分手：主机1（可以使客户端，也可以是服务器端），设置Sequence Number和Acknowledgment Number，向主机2发送一个FIN报文段；此时，主机1进入FIN_WAIT_1状态；这表示主机1没有数据要发送给主机2了；
第二次分手：主机2收到了主机1发送的FIN报文段，向主机1回一个ACK报文段，Acknowledgment Number为Sequence Number加1；主机1进入FIN_WAIT_2状态；主机2告诉主机1，我也没有数据要发送了，可以进行关闭连接了；
第三次分手：主机2向主机1发送FIN报文段，请求关闭连接，同时主机2进入CLOSE_WAIT状态；
第四次分手：主机1收到主机2发送的FIN报文段，向主机2发送ACK报文段，然后主机1进入TIME_WAIT状态；主机2收到主机1的ACK报文段以后，就关闭连接；此时，主机1等待2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，主机1也可以关闭连接了。
FIN_WAIT_1: 这个状态要好好解释一下，其实FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。而这两种状态的区别是：FIN_WAIT_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时，它想主动关闭连接，向对方发送了FIN报文，此时该SOCKET即进入到FIN_WAIT_1状态。而当对方回应ACK报文后，则进入到FIN_WAIT_2状态，当然在实际的正常情况下，无论对方何种情况下，都应该马上回应ACK报文，所以FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的，而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到。（主动方）FIN_WAIT_2：上面已经详细解释了这种状态，实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET，表示半连接，也即有一方要求close连接，但另外还告诉对方，我暂时还有点数据需要传送给你(ACK信息)，稍后再关闭连接。（主动方）CLOSE_WAIT：这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢？当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己，你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对方，此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢，实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方，如果没有的话，那么你也就可以 close这个SOCKET，发送FIN报文给对方，也即关闭连接。所以你在CLOSE_WAIT状态下，需要完成的事情是等待你去关闭连接。（被动方）LAST_ACK: 这个状态还是比较容易好理解的，它是被动关闭一方在发送FIN报文后，最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后，也即可以进入到CLOSED可用状态了。（被动方）TIME_WAIT: 表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。如果FINWAIT1状态下，收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入到TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态。（主动方）CLOSED: 表示连接中断。
了解了基础，好好整理下，面试时候该要上场的。
面试题
三次握手和四次挥手的流程上面已经提过了。
TCP协议和UDP协议的区别是什么？
- TCP协议是有连接的，有连接的意思是开始传输实际数据之前TCP的客户端和服务器端必须通过三次握手建立连接，会话结束之后也要结束连接。而UDP是无连接的
- TCP协议保证数据按序发送，按序到达，提供超时重传来保证可靠性，但是UDP不保证按序到达，甚至不保证到达，只是努力交付，即便是按序发送的序列，也不保证按序送到。
- TCP协议所需资源多，TCP首部需20个字节（不算可选项），UDP首部字段只需8个字节。
- TCP有流量控制和拥塞控制，UDP没有，网络拥堵不会影响发送端的发送速率
- TCP是一对一的连接，而UDP则可以支持一对一，多对多，一对多的通信。
- TCP面向的是字节流的服务，UDP面向的是报文的服务。
为什么要三次握手，两次，四次行不行？
三次握手：
“喂，你听得到吗？”
“我听得到呀，你听得到我吗？”
“我能听到你，今天balabala……”
两次握手：
“喂，你听得到吗？”
“我听得到，你听得到吗？”
‘’今天balabala………‘’
“……谁在说话？”
“……”
四次握手：
“喂，你听得到吗？”
“我听得到呀，你听得到我吗？”
“我能听到你，你能听到我吗？”
“……不想跟傻逼说话”(摘自知乎)
总的来说就是三次刚好，多一次浪费；少一次不够，会让服务端一直等待发送消息，白白浪费了资源。四次挥手释放连接时，等待2MSL的意义？
假设 A 是客户端， B 是服务端
- 第一，为了保证A发送的最有一个ACK报文段能够到达B。这个ACK报文段有可能丢失，因而使处在LAST-ACK状态的B收不到对已发送的FIN和ACK报文段的确认。B会超时重传这个FIN和ACK报文段，而A就能在2MSL时间内收到这个重传的ACK+FIN报文段。接着A重传一次确认。
- 第二，就是防止上面提到的已失效的连接请求报文段出现在本连接中，A在发送完最有一个ACK报文段后，再经过2MSL，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。
常见的应用中有哪些是应用TCP协议的，哪些又是应用UDP协议的，为什么它们被如此设计？
以下应用一般或必须用udp实现？
- 多播的信息一定要用udp实现，因为tcp只支持一对一通信。
- 如果一个应用场景中大多是简短的信息，适合用udp实现，因为udp是基于报文段的，它直接对上层应用的数据封装成报文段，然后丢在网络中，如果信息量太大，会在链路层中被分片，影响传输效率。
- 如果一个应用场景重性能甚于重完整性和安全性，那么适合于udp，比如多媒体应用，缺一两帧不影响用户体验，但是需要流媒体到达的速度快，因此比较适合用udp
- 如果要求快速响应，那么udp听起来比较合适
- 如果又要利用udp的快速响应优点，又想可靠传输，那么只能考上层应用自己制定规则了。
- 常见的使用udp的例子：ICQ,QQ的聊天模块。
以qq为例的一个说明
登陆采用TCP协议和HTTP协议，你和好友之间发送消息，主要采用UDP协议，内网传文件采用了P2P技术。总来的说：
1.登陆过程，客户端client 采用TCP协议向服务器server发送信息，HTTP协议下载信息。登陆之后，会有一个TCP连接来保持在线状态。
2.和好友发消息，客户端client采用UDP协议，但是需要通过服务器转发。腾讯为了确保传输消息的可靠，采用上层协议来保证可靠传输。如果消息发送失败，客户端会提示消息发送失败，并可重新发送。
3.如果是在内网里面的两个客户端传文件，QQ采用的是P2P技术，不需要服务器中转。
