传输层TCP协议连接的建立和断开

什么是TCP呢？
由三个单词组成的Transport Control Protocol，字面理解是传输控制协议，可以理解为比特同学要想在网络泳池里游泳，那么他必须学习传输层控制技能，并且要掌握相应的动作——协议，他才能在畅游世界网络这个超大型游泳池。

TCP：一个传输层协议，提供Host-To-Host的可靠传输，支持全双工，是一个面向连接的协议。

TCP工作在传输层，它的上层是应用层，应用就是人们常用的微信、抖音、王者荣耀等服务工作的协议。两台不同的设备使用微信聊天，发送语音，需要实现Host-To-Host的数据通信，那么就可以直接调用TCP协议进行。

调用TCP通信时需要指定通信的端口，不同的端口对应不同应用，不同IP对应不同的主机，也就是不同的设备。这就涉及到网络地址——IP地址，工作在网络层，当然TCP层只负责把对应的IP地址和端口传给网络层即可，具体业务由网络层来实现。

互联网层，即Network Layer，提供地址和地址间的通信，只关注地址到地址Address-To-Address间通信，具体设备间通信由数据链路层实现，数据链路层关注MAC地址间通信，具体的物理设备，传输介质由物理层负责。

以上就是TCP/IP协议常用的层级分割，最终目的就是为Host-To-Host服务，实现应用到应用的通信服务。

什么是连接和会话呢？
连接事需要通信双方相互配合来实现的，是双方达成的一种即时的状态约定，保证通信双方都在线，都有能力为接下来的数据传输做出尽快的响应，我们称之为连接。

连接是网络行为状态的记录，既然连接需要双方共同努力，那么就需要双方都有一个对象来记忆当前传输的数据类型，对方的端口、已经传输了多少，效率怎么样等等一些关注点。

那么与之相关联的另一个名词会话（Session），是什么意思呢，会话是应用的行为。大家每次用微信聊天时都会有一个窗口，用来发送信息，你来我往，这个窗口中会有很多条信息，我们称之为会话，当我们在会话进行中，连接一定是在通信状态的。聊一会，累了，退出微信了，但是一般我们不会删除我们的会话内容，这时会话还在，但是连接已经中断。

双工/单工问题

想想自己理解的是什么？

单工：任何时间，数据只能单向发送，单工至少需要一条线路
半全双工：某一时候可以双向发送数据，至少需要一条线路
全双工：任何时刻都可以双向发送数据，大于一条线路
这里线路不一定真实存在物理线路，可能采用模拟的形式实现

TCP是一个全双工协议，数据任何时刻都可以双向发送，这说明服务器和客户端可以根据需要选择任意时刻发送和接收信息，所以呢都可以被称为主机（Host）

可靠性的定义

TCP可以提供可靠性，那么可靠性具体的实现方式是什么呢？
可靠性指数据无损传输。发送主机按照顺序发送数据，数据通过网络传输，收不同网络条件限制，数据不会按照发送时的顺序到达接收方，这时我们就需要一种算法来保证接收方可以还原出发送方的顺序。这里还有一个概念叫多播，发送方同时发送给多个接收方信息，如果接收方中有一个接收到了这条信息，我们的可靠性就必须保证其他接收方也必须接收到相同的信息，这里我们不讨论多播。

TCP的握手和挥手

TCP是一个面向连接的连接的协议，握手是建立连接的过程，挥手是断开连接的过程。

TCP的基本操作

• 我们把发起请求叫SYN（Synchronization），指一个主机开始发送信息，会首先发送一个SYN给响应方，按照字面意思理解是同步请求，我把这个理解为发起方请求
• 主动断开请求叫FIN（Finish）
• 主动推送信息叫PSH（Push）

以上三种操作以后，另一方必须立即给发起方返回一个ACK（Ackknowledgement），这是TCP保证可靠性的要求。如果一方不回复发送方ACK，发送方则认为接收方没有收到信息，会重新发送。

建立连接的过程-三次握手

三次握手的形成和TCP要求每次发送方发送信息以后，接收方必须返回ACK确认有直接的关系

三次握手全过程

上图描述了TCP建立连接的过程，分为6步：

1. 客户端发送SYN——建立连接请求
2. 服务端收到SYN——开始接收数据准备
3. 服务端返回ACK——已收到客户端请求
4. 服务端发送SYN——询问客户端是否准备好
5. 客户端收到服务端SYN——开始准备发送数据
6. 客户端返回ACK——收到服务端请求

TCP建立连接的过程如上，那么为什么是三次呢？
第二步服务端做准备，因为是首次收到发送数据请求，无需处理，可以立刻进入数据交互状态，所以可以立刻发送给客户端SYN，告诉客户端，我已准备好，所以第三步和第四步可以合并为一次握手——ACK-SYN，然后客户端回应ACK，连接建立完成

三次挥手

以上就是三次握手了

具体在数据交互过程，ACK和SYN等需要用标识位来标记，在实际应用中，我们一般使用1来表示开启，0表示关闭。

那么四次挥手为什么是四次呢，主要是因为，挥手时服务端收到FIN以后，不能马上回复FIN，因为自身还有任务没有处理完，所以上面所说的6步中，第3、4步就不能一起回复，只能先回复ACK，等自身任务处理完毕，才能告诉客户端，我已经准备好，可以关闭连接，这样就需要4次数据交互，如下图：

四次挥手