TCP三次握手等相关问题

1. TCP/IP的三次握手和四次挥手是什么概念，以及状态变化过程？

三次握手是指在建立TCP连接时，需要客户端(Client)与服务器(Server)发送3个包来确认连接的建立。其过程如下：

Client发送标识SYN=1，和随机产生的值seq=x数据包发送给Server。此时，Client状态为SYN_SEND，Server状态为Listen。
Server收到Client的数据包后，对SYN报文进行确认。也发送SYN=1、ACK=1、ack=x+1、seq=y 给Client。此时，Server状态为SYN_RECV，也叫做半连接状态。
Client再进行一次确认，发送 ACK=1、seq=x+1、ack=y+1 给Server。此时，Client、Server状态都变为ESTABLISHED。

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四次挥手是指Client与Server断开TCP连接时，需要发送4个数据包来确认连接的断开。其过程如下：

Client发送FIN=1、seq=u 给Server。此时，Client状态为FIN_WAIT_1。
Server收到Client的数据包，发送ACK=1、ack=u+1、seq=v 给Client。此时Client状态为FIN_WAIT_2，Server状态为CLOSE_WAIT。
Server发送FIN=1、ACK=1、ack=u+1、seq=w 给Client。此时，Server状态为LAST_ACK，Client状态为TIME_WAIT。
Client发送ACK=1、ack=w+1、seq=u+1 给Server。此时，Client状态为TIME_WAIT，服务器状态CLOSED。

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2. 建立连接需要3次，为什么断开连接需要4次？

建立连接时，服务器在收到客户端连接请求时可以立即回应“ok、让我们连接吧”，即回应SYN+ACK。但是在断开连接时，服务器在收到客户端的断开请求时，可能还有数据没有处理完，这时就不能立即断开连接，因此只能先回应客户端一个ACK报文，告诉客户端“收到断开请求(FIN)，但等我处理完数据才能跟你断开连接(FIN)”。

3. 三次握手有哪些不安全性？

在三次握手中，半连接状态时，服务器backlog要维护一个未完成队列来记录请求连接的客户端，每当一个客户端发起SYN连接请求，未完成队列都要新建一项。当有大量伪装IP向服务器发送SYN请求时，服务器就需要向该IP回复SYN+ACK报文，但是又找不到该IP对应的主机，发送超时后服务器又需要重复发送。这时，服务器主机就会存在大量未完成的三次握手连接，面临资源被耗尽而不能响应其他连接。

4. TCP和UDP的区别？TCP是通过什么方式来保证可靠性的?

TCP是有连接的，它需要三次握手来建立连接；UDP是无连接的，它没有建立连接的过程。
TCP是可靠的传输，它通过确认和重传机制来保证数据传输的可靠性，而UDP是不可靠的。
TCP是基于字节的，它将数据看做无结构的字节流进行传输，当数据过长超过MSS时，TCP就会对数据进行分段，因此是无边界的；而UDP是面向数据报文的，无论数据多长都不会对其进行拆分处理，因此是有边界的。

5. TCP四层网络模型和OSI七层网络模型分别是什么？以及每一层的作用?

TCP四层网络模型：

传输层：TCP协议
网络层：IP地址
数据链路层：MAC地址
物理层：0101二进制数据的传输

OSI七层网络模型：

应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层

6. 什么是滑动窗口协议？它的实现原理是什么？

滑动窗口是一种流量控制技术。早期网络通信中，发送方和接收方不考虑网络拥挤情况直接发送数据，最终导致中间节点阻塞掉包，最后无法发送数据。为了解决这个问题，发送方和接收方各自维护一个数据帧序列（即，窗口）。发送方的窗口大小由接收方确定，用于控制发送速度，以免接收方缓存不够大而导致溢出，同时控制流量避免网络阻塞。

接收方收到某帧数据后，发送ACK给发送方。发送方收到这个ACK才可以让“窗口”滑动。

7. 服务器上TIME_WAIT状态的连接过多，怎么解决？

从四次挥手的图中可以看出，TIME_WAIT是主动发起关闭连接的一端才会有的状态。服务器上处理完任务后发送关闭请求，在四次挥手的第3步，收到最后一个FIN时进入TIME_WAIT状态。TCP/IP的设计规定：当关闭一个socket时，主动关闭一端的socket将进入TIME_WAIT状态，而被动关闭一方则转入CLOSED状态，这样就能保证数据能传输完。

但真当TIME_WAIT状态过多时，可以设置服务器启用TIME_WAIT重用、加速TIME_WAIT回收来解决。还可以通过增加服务器来解决。

8. 什么是NIO、BIO、AIO？他们的区别？

BIO

基于连接，没一个连接都会有一个新的线程，当服务器不能再分发线程时，新的连接就被阻塞

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客户端向服务端发送请求时，如果此时服务端正在处理之前的请求，那么在服务器处理完之前的请求之前，它是不会对新的客户端做出响应的。但是在实际中，这种处理方式显然不行。因此我们需要一个方法可以独立的处理每一个连接，并且它们之间不会相互干扰。Java的多线程技术刚好可以实现这个需求。

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NIO（NO-Block IO）：

当有连接请求来时，先注册到Selector（多路复用器），每一个连接都是一个Channel，由Selector轮询监听每一个Channel。如果某个Channel上有新的TCP接入、读、写事件，这个Channel就处于就绪状态。然后通过SelectionKey获取就绪的Channel进行读写操作。

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