深入浅出TCP与UDP：三次握手、四次挥手及面试通关指南
深入浅出TCP与UDP：三次握手、四次挥手及面试通关指南
一、TCP三次握手：像租房签约的严谨流程 🏠
情景模拟：客户端（租客）与服务器（房东）建立信任关系
抓包关键字段：SYN（同步请求）、ACK（确认应答）、Seq（序列号）
三次握手流程
- 第一次握手 - 租客询价
客户端发送：SYN=1, Seq=J
状态变化：客户端进入 SYN_SENT
- 第二次握手 - 房东报价
服务端回复：SYN=1, ACK=J+1, Seq=K
状态变化：服务端进入 SYN_RCVD
- 第三次握手 - 租客确认
客户端发送：ACK=K+1, Seq=J+1
状态变化：双方进入 ESTABLISHED
❓高频面试题
Q：为什么不能两次握手？
A：防止历史连接干扰（想象网络延迟导致旧SYN包突然到达，服务端误开新连接）
二、TCP四次挥手：像分手告别的双向确认 💔
情景模拟： 客户端（提出分手）与服务端（回应分手）终止连接
关键字段： FIN（终止连接）、ACK（确认应答）
四次挥手流程
1. 客户端发送 FIN=1, Seq=U → 客户端进入 FIN_WAIT_1
2. 服务端回复 ACK=U+1, Seq=V → 服务端进入 CLOSE_WAIT
3. 服务端发送 FIN=1, ACK=U+1, Seq=W → 服务端进入 LAST_ACK
4. 客户端回复 ACK=W+1, Seq=U+1 → 客户端进入 TIME_WAIT（2MSL后关闭）
🔥 必考知识点
TIME_WAIT 的三大使命：
- 确保服务端收到最终ACK（否则重传FIN）
- 让网络中残留数据包失效（防止新旧连接混淆）
- 等待时间：2倍MSL（默认60秒，可通过sysctl调整）
三、UDP：像群发通知的极简主义 ✉️
核心特点速记：
- 无连接：无需握手，直接发送数据
- 无保障：不保证顺序、不重传丢失包
- 低延迟：头部仅8字节（TCP至少20字节）
协议格式：
+--------+--------+--------+--------+
| 源端口 | 目的端口 | 长度 | 校验和 |
+--------+--------+--------+--------+
| 数据（最大65507字节） |
典型应用场景：
- 实时视频通话（Zoom/Skype）
- DNS域名解析查询
- IoT传感器数据上报
四、TCP vs UDP 对比宝典 📚
| 特性 | TCP | UDP |
|---|---|---|
| 连接方式 | 面向连接（三次握手） | 无连接 |
| 可靠性 | 可靠传输（自动重传） | 尽力而为 |
| 流量控制 | 滑动窗口机制 | 无 |
| 拥塞控制 | 慢启动/快重传/快恢复 | 无 |
| 头部开销 | 最小20字节 | 8字节 |
| 传输顺序 | 保证顺序 | 不保证 |
| 适用场景 | 文件传输/网页加载 | 直播流媒体/在线游戏 |
💡 记忆口诀：
"TCP如挂号信，UDP似群发短信；前者重安全，后者拼速度"
五、8大必刷面试题 🚀
- TCP为什么需要流量控制？如何实现？
答：防止接收方缓冲区溢出，通过滑动窗口动态调整发送速率。
- 如果第三次握手丢失会发生什么？
答：服务端未收到ACK会重传SYN+ACK，客户端在超时后重新发送ACK。
- UDP如何实现可靠传输？
答：需应用层自己实现确认机制（如QUIC协议），参考TCP的重传策略。
- CLOSE_WAIT状态过多怎么排查？
答：检查服务端代码是否未正确关闭socket（如忘记调用close()）。
- TCP快速打开（TFO）的原理是什么？
答：在SYN包中携带数据，减少一次RTT时间，需客户端和服务端同时支持。
- TCP的Keep-Alive和HTTP的Keep-Alive有什么区别？
答：TCP层的Keep-Alive用于检测连接存活，HTTP层的用于复用连接传输多个请求。
- 为什么DNS主要使用UDP协议？
答：查询响应数据量小，UDP无连接特性更高效，失败时可降级使用TCP。
- 列举三个TCP首部字段并说明作用
答：
序列号（Seq）：标识数据包顺序
确认号（Ack）：期望收到的下一个字节编号
窗口大小（Window）：接收方可用缓冲区空间
六、实战工具推荐 🔧
- Wireshark抓包分析
tcp.port == 80 && tcp.flags.syn == 1 # 过滤TCP握手包
- netcat模拟TCP/UDP通信
# TCP服务端
nc -l 8080
# UDP客户端
nc -u 192.168.1.100 8080
- TCP状态查询（Linux）
ss -tunap | grep 'TIME-WAIT' # 查看TIME_WAIT连接数
掌握TCP/IP的核心原理，就像获得打开网络世界的万能钥匙。下次面试官问"为什么是三次握手"，你可以微笑着反问：“您想听技术解析还是生活比喻？” 💪
参考文章：https://www.cnblogs.com/renyz/p/11233858.html