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TCP通信協(xié)議應該是上位機開發(fā)中應用最廣泛的協(xié)議，無論是西門子S7協(xié)議、三菱MC協(xié)議或者是歐姆龍的Fins-TCP協(xié)議等，都是TCP通信協(xié)議的典型應用。很多人在上位機面試時，都會被問到關于TCP通信的一些問題，比如三次握手和四次揮手、TCP與Socket之間的聯(lián)系等，為了便于大家更好地理解TCP通信，我整理了一套關于TCP通信的20個常見的面試題：

01、OSI參考模型與TCP/IP參考模型

如上圖所示，OSI參考模型為7層模型，依次為應用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層及物理層，TCP/IP模型是在OSI參考模型的基礎上做了一定的精簡，形成一個4層模型。在層次關系上，兩者都采用了分層體系結構，都是對等的層間通信，不同之處在于TCP/IP參考模型比OSI參考模型層次更清晰簡練，在功能上，兩者差別不大，都是為了實現(xiàn)兩個或多個終端之間的通信。

02、TCP通信位于網(wǎng)絡模型的哪一層？

TCP（Transmission Control Protocol）是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，無論是OSI參考模型，還是TCP/IP參考模型，TCP都位于傳輸層，TCP是為了在不可靠的互聯(lián)網(wǎng)絡上提供可靠的端到端字節(jié)流而專門設計的一個傳輸協(xié)議。

03、如何理解面向連接、可靠、字節(jié)流？

面向連接：意味著TCP是點對點之間的通信，不能像UDP那樣可以一個主機同時向多個主機發(fā)送消息，也就是無法實現(xiàn)一對多的情形。

可靠的：無論網(wǎng)絡鏈路如何變化，TCP都可以保障報文能夠到達接收端。

字節(jié)流：基于字節(jié)流，意味著無論我們消息有多大都可以進行傳輸。并且消息是有序的，當前一個消息沒有收到的時候，即使它先收到了后面的字節(jié)已經(jīng)收到，那么也不能扔給應用層去處理，同時對重復的報文會自動丟棄。

04、為什么需要TCP協(xié)議？

因為IP層是不可靠的，它不保證網(wǎng)絡包的一定交付、不保證按序交付、也不保證完整交付。因此如果需要保證網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的可靠性，就必須要通過上層即傳輸層的TCP協(xié)議來保證。

05、TCP與UDP之間區(qū)別及聯(lián)系？

TCP與UDP都屬于傳輸層協(xié)議，區(qū)別如下：

• 連接機制

TCP 是面向連接的傳輸層協(xié)議

UDP 是不需要連接

• 服務對象

TCP 是一對一的兩點服務

UDP 支持一對一、一對多、多對多

• 可靠性

TCP 保證數(shù)據(jù)不丟失、不重復、按需到達

UDP 是盡最大努力交付，不保證交付數(shù)據(jù)

• 擁塞控制、流量控制

TCP 有擁塞控制和流量控制機制

UDP 則沒有擁塞控制和流量控制機制

06、TCP首部報文分析

TCP的首部至少占用20個字節(jié)，包含的內容有源端口號、目標端口號、序列號、應答號、控制位、校驗和等，具體如下所示：

07、簡要說明TCP三次握手

• 服務器與客戶端均處于CLOSE狀態(tài)

• 服務器先主動監(jiān)聽某端口，處理LISTEN狀態(tài)

• 客戶端發(fā)送SYN報文，seq=x，SYN=1

• 服務器回復SYN+ACK報文，seq=y，ack=x+1，SYN=1，ACK=1

• 客戶端回復ACK報文，ack=y+1，ACK=1

08、簡要說明TCP四次揮手

• 服務器與客戶端均處于ESTABLISHED狀態(tài)

• 客戶端打算關閉連接，發(fā)送一個 FIN 報文，進入 FIN_WAIT_1 狀態(tài)。

• 服務端回復 ACK報文，進入 CLOSED_WAIT 狀態(tài)。

• 客戶端收到 ACK 應答報文后，進入 FIN_WAIT_2 狀態(tài)。

• 服務端處理完數(shù)據(jù)后，向客戶端發(fā)送 FIN 報文，進入 LAST_ACK 狀態(tài)。

• 客戶端回復一個 ACK 應答報文，之后進入 TIME_WAIT 狀態(tài)

• 服務器收到 ACK 應答報文后，進入了 CLOSE 狀態(tài)，服務端完成連接的關閉。

• 客戶端在經(jīng)過 2MSL 一段時間后，自動進入 CLOSE 狀態(tài)，客戶端也完成連接的關閉。

09、TCP握手為什么剛好是三次？

TCP 建立連接時，通過三次握手能防止歷史連接的建立，能減少雙方不必要的資源開銷，能幫助雙方同步初始化序列號。序列號能夠保證數(shù)據(jù)包不重復、不丟棄和按序傳輸。

不使用「兩次握手」和「四次握手」的原因：

兩次握手：無法防止歷史連接的建立，會造成雙方資源的浪費，也無法可靠的同步雙方序列號；

????? ?四次握手：三次握手就已經(jīng)理論上最少可靠連接建立，所以不需要使用更多的通信次數(shù)。

10、TCP揮手為什么需要四次？

回顧下四次揮手雙方發(fā) FIN 包的過程，就能理解為什么揮手需要四次：

• 關閉連接時，客戶端向服務端發(fā)送 FIN 時，僅僅表示客戶端不再發(fā)送數(shù)據(jù)了但是還能接收數(shù)據(jù)。

• 服務器收到客戶端的 FIN 報文時，先回一個 ACK 應答報文，而服務端可能還有數(shù)據(jù)需要處理和發(fā)送，等服務端不再發(fā)送數(shù)據(jù)時，才發(fā)送 FIN 報文給客戶端來表示同意現(xiàn)在關閉連接。

由于服務端通常需要等待完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和處理，所以服務端的 ACK 和 FIN 一般都會分開發(fā)送，從而比三次握手導致多了一次。

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