【TCP是如何建立连接与断开？如何提高可靠性？又是如何提高性能的？】
一、TCP的连接与断开
1.连接前的准备
服务端：
分配文件描述符–>绑定–>监听–>阻塞等待客户端连接。
客户端：
分配文件描述符–>发起连接请求–>阻塞等待服务器应答。
2.三次握手
第一次握手：主机A发送同步报文段（SYN）请求建立连接。
第二次握手：主机B听到连接请求，就将该连接放入内核等待队列当中，并向主机A发送针对SYN的确认ACK，同时主机B也发送自己的请求建立连接（SYN）。
第三次握手：主机A针对**主机B**SYN的确认应答ACK。
3.四次挥手
第一次挥手：当主机A发送数据完毕后，发送FIN结束报文段。
第二次挥手：主机B收到FIN报文段后，向主机A发送一个确认序号ACK（为了防止在这段时间内，对方重传FIN报文段）。
第三次挥手：主机B准备关闭连接，向主机A发送一个FIN结束报文段。
第四次挥手：主机A收到FIN结束报文段后，进入TIME_WAIT状态。并向主机B发送一个ACK表示连接彻底释放。
二、面试细节
1.为什么是三次握手？
如果是2次
①当客户端发出一个请求报文段并没有丢失，而是滞留在了某个网络节点，过了好长时间才发送到服务端，此时服务端建立连接。但是由于现在客户端并没有发出连接请求，因此不会理睬服务端的确认，而服务端以为新的连接产生，服务端的好多资源被白白浪费。
②当确认应答ACK总是丢失时，客户端以为服务端没有连接，它将会不断地重新请求连接，而服务端会连接大量的无效连接，给服务器增加维护成本，服务器很容易受到SYN洪水攻击。
如果是3次
就算客户端发送的ACK丢失，也不影响服务端，客户端不断重发，总会连接成功。三次握手相当于将安全问题抛给了客户端，对服务端影响很小。
如果是4次
3次已经很好的解决了，没有必要4次，况且4次也会造成2次握手的问题。
2.为什么是四次挥手？
TCP是面向连接的，属于全双工，断开连接是双方的事情。所以是四次。
当客户端发送FIN结束报文段时，服务端并不会立即关闭SOCKET，所以只能先发送一个ACK。因为有可能此时服务端还没有发送完报文。
3.什么是TIME_WAIT状态？
1）主动断开连接的一方，会进入TIME_WAIT状态，并没有直接进入CLOSED状态。
2）进入TIME_WAIT状态的一方，会等待2倍MSL（最大报文生存时间）的时间。
4.为什么客户端在TIME_WAIT状态必须等待2MSL时间？
重发可能丢失的ACK报文。因为客户端在收到服务端真正的关闭连接请求后，会进入TIME_WAIT状态，等待2MSL时间，相当于一个报文一来一回的时间，也就是说，如果客户端的确认应答丢失，算上这个丢失报文的时间，再加上服务端重传FIN的时间（重传后客户端重新启动2MSL计时器），2MSL的时间足够使客户端收到重传的FIN报文段。所以客户端不能立即进入CLOSED状态。
三、TCP可靠性机制。
1.检验和
典型的有CRC校验法。在要传输的k比特数据D后添加(n-k)比特冗余位。
2.序列号
通过序列号，可以去重、超时重传、数据有序到达。
3.确认应答
可以确认ACK之前的数据肯定到达了，保证了可靠性。
4.超时重传
发送的数据有可能因为网络拥堵，没有及时到达，发送端没有收到确认，就会进行重发。
接收端有可能收到许多重复文件，通过序列号可以去重。
累计到一定次数，TCP认为网络或者接收端出现异常，强制关闭连接。
5.连接管理
通过三次握手四次挥手，也可提高可靠性。
6.流量控制
接收端处理数据的速度是有限的，如果发送端发的太快，接收端缓冲区容易满，会造成丢包以及引起丢包重传。
1.接收端将自己可以接收的缓冲区大小放入报头窗口大小中，通知发送端。
2.窗口大小越大，说明网络的吞吐量越高。
3.接收端如果发现自己的缓冲区快满了，就会将自己的窗口大小调低，发送端收到后会降低自己
的发送速度。
4.如果接收端满了，将自己的窗口大小设置为零，发送不在发送数据，但是会定期发送一个窗口
大小探测数据段。7.拥塞控制
发送数据的时候，不能刚开始就发送大量的数据，所以在不清楚网络状况的情况下，不能贸然发送大量的数据，有可能加重网络负担，TCP会使用慢启动机制，探探路，所以刚开始的时候，将拥塞窗口设为1，以后是指数增长，当达到阈值的时候，按照线性增长，到达拥塞窗口的最大值后，拥塞窗口重回1。
拥塞窗口：网络的接收能力。
慢启动机制：初始时慢，但是增长速度非常快。
慢启动阈值：当拥塞窗口超过这个阈值的时候，按照线性方式增长。
当TCP开始启动的时候，慢启动的阈值等于窗口最大值。
在每次超时重传时，慢启动阈值变为原来窗口最大值得一半，同时拥塞窗口设置为1。
少量的丢包：触发超时重传。
大量的丢包：我们认为是网络拥堵。
TCP通信开始后，网络吞吐量会逐渐上升，当网络拥堵，情况相反。
四、提高性能
1.滑动窗口
当每发一个段就进行一次确认，这种方式性能太差。所以我们可以一次多发送几个，然后进行确认。当收到一个ACK后，滑动窗口向后移动，继续发送第五个段的数据。操作系统为了维护这个滑动窗口，需要开辟缓冲区（记录当前哪些数据没有应答），发送了的数据才能从缓冲区中删除。
窗口大小：指无需等待确认应答而可以继续发送数据的最大值。窗口越大，网络的吞吐量越高。
2.快速重传
高速重发控制也叫做快重传。当某一报文段丢失后，发送端会一直收到丢失段的确认应答，在窗口较大时，会出现报文段丢失的情况，同一个序号的确认应答将会被重复不断的返回，如果发送端主机连续三次收到同一个确认应答（因为三次才会触发重发机制）就会将对应的数据进行重发。
3.延迟应答
假如接收端的缓冲区的大小为1M，一次收到的数据为500K，如果立刻应答，那么返回窗口就是500K，倘若接收端接收能力特别强，500K的数据早就接收完毕，那么当接收端稍微迟一点应答，它马上处理完500K的数据，那么它就可以返回窗口的大小为1M，提高了网络的吞吐量。
但是延迟应答也有数量限制和时间限制，不可能一直不应答。
4.捎带应答
可以提高效率，客户端与服务端在一发一收（互发数据），ACK可以搭顺风车。TCP的确认应答和回执数据可以通过一个包发送。
五、其他概念
1.面向字节流
专业指：不包含边界数据的连续流。
UDP的读和写需要一一匹配，对数据包不拆分，是多大，就一次发送多大。
TCP的读和写不需要一一匹配，可以一次发送几个字节（随意），这种叫做面向字节流。
2.粘包问题
虽然在传输层，这些报文是一个一个发送的，按照序号排放在缓冲区中，但对应用程序来说，是一连串连续的字节数据，像包子一样粘住了。所以我们应该明确两个包之间的边界。
1）对于定长的包，每次按固定大小来读。
2）对于变长的包，在包头位置约定一个包总长度的大小。
3）利用分隔符（保证分隔符与正文数据不起冲突）。
注：UDP不存在粘包问题。因为UDP每次发送一个完整的数据包。