[网络协议]传输层TCP协议：TCP三次握手，四次挥手？

TCP 协议三次握手

TCP 协议是一个传输层协议，提供Host-To-Host数据的可靠传输，支持全双工，是一个连接导向的协议。

主机到主机（Host-To-Host）

TCP提供的是Host-To-Host的传输，一台主机通过TCP发送数据给另一台主机。
主机是抽象概念（手机，平板，电脑等，收发数据设备都是主机）

TCP往上是应用到应用的协议，什么是应用到应用的协议呢？比如微信发信息给张三，微信客户端与服务都是应用，微信有自己的聊天协议，微信的聊天协议是应用到应用的协议；如果微信的聊天协议想要工作，就需要一个主机到主机的协议帮助它实现通信。

TCP上层有太多应用，不仅微信，还有原神，抖音，网易云音乐。。。。。。。因此TCP上层应用协议使用TCP能力的时候，需要告知TCP是哪个应用—这就是端口号。端口号用于区分应用。

TCP要实现主机到主机通信，就需要知道主机们的网络地址（IP地址），但是TCP不负责地址到地址（Address-To-Address）的传输,因此TCP协议把IP地址给底层的网络层层处理。

网络层，提供地址到地址的通信，IP就在这一层工作，解决地址到地址（Address-To-Address）的传输，但是不负责信号在具体两个设备传递，因为网路层会调用下方的数据链路层在两个相邻设备间传递信息。当两个信号设备间传递的时候，科学家又设计出了物理层封装最底层的物理设备，传输介质等，由最下方的物理层提供最底层的传输能力。

以上5层架构，我们成为互联网协议群，也成TCP/IP协议群.

主机到主机（Host-To-Host）为应用提供应用间的通信的能力。

什么是链接和会话？

链接是数据传输双方的契约

链接是通信双方的一个约定，目标是两个通信的程序之间产生一个默契，保证两个程序都在线，而且尽快的相应对方的请求，这就是链接。

设计上，链接是一种传输数据的行为，传输之前，建立一个链接。
数据收发双方在内存中都建立一个用于维护数据传输转态的对象，比如双方IP和端口号是多少？现在发送了多少数据了？状态健康吗？传输速度如何？等。所以链接是网络行为的记录。

会话，是应用的行为

比如微信里的张三和你聊天，那么张三和建立一个会话。你要和张三聊天，你们创建一个聊天窗口，这个就是会话。你和微信服务器建立一个连接，如果你们聊了一会各自休息了，约定先不要关微信，1个小时后在回来，那么连接会断开，因为聊天窗口没关，所以会话还在。

在有些系统设计中，会话自动重连（也就是重新建立连接），或者帮助创建连接。此外会话也负责多次连接中保持状态，比如HTTP Session 在多次HTTP请求间保持状态（r如用户信息）。

会话是应用层的概念，连接是传输层的概念。

双工/单工问题

数据单向发送–单工，单工至少一条线路。如果在某个时刻数据可以向一个方向传输，也可以向另一个方向反方向传输，而且交替进行，叫做半双工；半双工至少一条线路。如果任何时刻都数据都可以双向收发就是—双全工，双全工需要大于1条线路。

TCP 是一个双工协议，数据任何时候都可以双向传输。 这就意味着客户端和服务端可以平等地发送，接受信息，正因为如此，客户端和服务端在TCP协议中有一个平等的名词–Host(主机)。

什么是可靠性？

可靠性是保证数据无损传输

如果发送方按照数据发送，然后数据无序地在网上间传递，就必须有一种算法在接收方将数据恢复到原有的顺序。另外如果发送方同时要把信息发送给多个接收方，这种情况叫做多播，如果有一个消息到达任意接收者，那么所有接收者都必须收到这个消息。

TCP 的握手和挥手

TCP 是一个连接导向的协议，设计有建立连接（握手）和断开连接（挥手）的过程，TCP没有设计会话（Session）,因为会话通常是一个应用的行为。

TCP的基本操作

• 如果一个Host主动向另一个Host发起连接，成为SYN（Synchronization）,请求同步。
• 如果一个Host 主动断开请求成为FIN（Finish）请求完成。
• 如果一个Host给另外一个Host 发送数据，成为PSH（Push）数据推送

以上3中情况，接收方收到数据后，都需要给发送方一个ACK（AcknowIedgement）响应。请求/响应的模型是可靠性的要求，如果一个请求没有响应，发送方可能会认为自己需要重复这个请求。

建立连接的过程（三次握手）

因为要保持连接和可靠性的约束，TCP协议要保证每一条发出的数据必须给返回，返回数据叫作ACK（响应）

按照这个思路，可以看看建立连接是不是需要三次握手

1. 客户端发送消息给服务端（SYN）
2. 服务端准好进行连接
3. 服务端针对客户端的SYN给一个ACK

疑问？？到这里不就可以了吗？2次握手就足够了，但其实不是，因为服务端还没有确定客户端是否准备好了，比如步骤3之后，服务端马上给客户端发送数据，这个时候客户端可能还没有准备好接收数据，因此还需要增加一个过程。
接下来的操作
4.服务端发送一个SYN给客户端
5.客户端准备就绪
6.客户端给服务端发送一个ACK

你可能会问上面不是6个步骤吗？怎么是三次握手?

• 步骤1是1次握手。
• 步骤2是服务端准备就绪，不是数据传输，不算握手
• 步骤3和4同时发生，可以合并成一个SYN+ACK，作为一条数据传输给客户端，所以算2次握手
  -步骤 5不算握手
• 步骤6 是第三次握手

步骤3和步骤4，简洁版的图

断开连接过程（4次挥手）

1. 客户端要求断开连接，发送一个断开请求，这个叫作（FIN）
2. 服务端收到请求，然后给客户端一个ACK，作为FIN的响应
3. 这里思考一下，可不可以像握手那样马上传FIN回去？
   其实这个时候服务端不能马上传FIN，因为断开连接要处理的问题比较多，比如说服务端发送出去的消息没有得到ACK，也有可能服务端自己有资源要释放，因此断开连接不能像握手那样操作–将两天消息合并。所以服务端经过一个等待，确定可以关闭连接了，在发一个FIN给客户端。
4. 客户端收到服务端的FIN，同时客户端也可能有自己的事情需要处理完，比如客户度要发送给服务端没有收到AC看的请求，客户端自己处理完成后，再给服务端发送一个ACK。

总结

1. TCP提供连接，让双方的传输更加稳定，安全
2. TCP没有提供会话，因为应用对会话的需求多种多样，比如聊天程序会话在保持双方的聊天记录，电商程序会话在保持购物车，订单一致，所以会话通常在TCP连接上进一步封装，在应用层提供。
3. TCP 是一个面向连接的协议，说的就是TCP协议参与的双方Host 在收发数据之前会先建立连接。那UDP协议是一个面向报文的协议—协议双方不需要建立连接，直接传送报文（数据）。
4. 最后，连接需要消耗更多的资源，比如在传输数据前，必须先协商建立连接。因此不是每一种场景都应该用连接导向的协议，像视频播放的场景，如果使用连接导向的协议，服务端每向客户端推送一帧，客户端都需要给服务端一次相应这是不合理的。

关联的面试题：TCP为什么3次握手，4次挥手

TCP是一个双工协议，为了让双方都保证，建立连接的时候，连接双方都需要向对方发送SYC（同步请求）和ACK（响应）
握手阶段双方都没有繁琐的工作，因此一方向另一方发起同步（SYN）之后，另一方可以将自己的ACK和SYN打包作为一条消息回复，因此三次握手需要三次数据传输。

到了挥手阶段，双方都有可能未完成的工作，收到挥手请求的一方，必须马上响应（ACK）表示接收到了挥手请求。类比现实世界中，你收到offer,处于礼貌你先回复一下考虑一下，然后思考一段时间在回复HR最后的结果。最后等所有工作结束 ，在发送请求中断连接（FIN），因此4次挥手。