关于Socket、TCP和UDP

1、建立连接协议（三次握手）

（1）客户端发送一个带SYN标志的TCP报文到服务器。这是三次握手过程中的报文1。

（2） 服务器端回应客户端的，这是三次握手中的第2个报文，这个报文同时带ACK标志和SYN标志。因此它表示对刚才客户端SYN报文的回应；同时又标志SYN给客户端，询问客户端是否准备好进行数据通讯。

（3） 客户必须再次回应服务段一个ACK报文，这是报文段3。

2、连接终止协议（四次挥手）　　

由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。　

（1） TCP客户端发送一个FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送（报文段4）。　

（2） 服务器收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1（报文段5）。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。　

（3） 服务器关闭客户端的连接，发送一个FIN给客户端（报文段6）。　

（4） 客户段发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1（报文段7）。

CLOSED: 这个没什么好说的了，表示初始状态。 LISTEN: 这个也是非常容易理解的一个状态，表示服务器端的某个SOCKET处于监听状态，可以接受连接了。

SYN_RCVD: 这个状态表示接受到了SYN报文，在正常情况下，这个状态是服务器端的SOCKET在建立TCP连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态，很短暂，基本上用netstat你是很难看到这种状态的，除非你特意写了一个客户端测试程序，故意将三次TCP握手过程中最后一个ACK报文不予发送。因此这种状态时，当收到客户端的ACK报文后，它会进入到ESTABLISHED状态。

SYN_SENT: 这个状态与SYN_RCVD遥想呼应，当客户端SOCKET执行CONNECT连接时，它首先发送SYN报文，因此也随即它会进入到了SYN_SENT状态，并等待服务端的发送三次握手中的第2个报文。SYN_SENT状态表示客户端已发送SYN报文。

ESTABLISHED：这个容易理解了，表示连接已经建立了。

FIN_WAIT_1: 这个状态要好好解释一下，其实FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。而这两种状态的区别是：FIN_WAIT_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时，它想主动关闭连接，向对方发送了FIN报文，此时该SOCKET即进入到FIN_WAIT_1状态。而当对方回应ACK报文后，则进入到FIN_WAIT_2状态，当然在实际的正常情况下，无论对方何种情况下，都应该马上回应ACK报文，所以FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的，而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到。

FIN_WAIT_2：上面已经详细解释了这种状态，实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET，表示半连接，也即有一方要求close连接，但另外还告诉对方，我暂时还有点数据需要传送给你，稍后再关闭连接。

TIME_WAIT: 表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。如果FIN_WAIT_1状态下，收到了对方同时带 FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入到TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态。

CLOSING: 这种状态比较特殊，实际情况中应该是很少见，属于一种比较罕见的例外状态。正常情况下，当你发送FIN报文后，按理来说是应该先收到（或同时收到）对方的 ACK报文，再收到对方的FIN报文。但是CLOSING状态表示你发送FIN报文后，并没有收到对方的ACK报文，反而却也收到了对方的FIN报文。什么情况下会出现此种情况呢？其实细想一下，也不难得出结论：那就是如果双方几乎在同时close一个SOCKET的话，那么就出现了双方同时发送FIN报文的情况，也即会出现CLOSING状态，表示双方都正在关闭SOCKET连接。

CLOSE_WAIT: 这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢？当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己，你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对方，此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢，实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方，如果没有的话，那么你也就可以 close这个SOCKET，发送FIN报文给对方，也即关闭连接。所以你在CLOSE_WAIT状态下，需要完成的事情是等待你去关闭连接。

LAST_ACK: 这个状态还是比较容易好理解的，它是被动关闭一方在发送FIN报文后，最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后，也即可以进入到CLOSED可用状态了。

最后有2个问题的回答，我自己分析后的结论（不一定保证100%正确）

1、 为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

2、 为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？这是因为：虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN_SEND状态到 ESTABLISH状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到，因此对方处于 LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的 ACK报文。


 
-----------------------------------------------------------------------------

发现很多情况下，MSN传输文件比QQ要慢，倒不是说msn没有快的时候，但是大部分的时候是真的比QQ慢，连我这种神经比较大条的人都注意到了，Google了一下，早就有人做了解答，基本上就是说msn传输文件是使用TCP，而QQ使用UDP，剩下的事情就是论证TCP传输文件没有UDP快。大概的就是下面的几个观点：

1. TCP是可靠的，需要验证数据是否到达和是否正确，而UDP是不可靠的，少做了很多事情，所以MSN的文件传输比QQ慢。

我看了当时就想笑，也用了QQ不少时日了，从来也没有发现传输文件有问题的，用UDP作协议也很久了，不做应用层验证重传的代码，我还真不敢写。这个理由，失败。

2. TCP建立连接需要3次握手，而UDP不需要，所以TCP慢。

3次握手这个事实倒是千真万确，还好我没有那么容易被忽悠，两个人谈话之前要握握手的确要稍微费上几秒钟，但是这个关谈话的语速啥事情？假如网络的ping值达到300ms，各位看官喜欢网络游戏的，估计都不会玩了，否则垂死的boss会高兴的发现你忽然变成了木偶可以随便殴打不还手，最后你只能骂骂电信网通然后复活几分钟后又是一条好汉。但是对于TCP，这样的ping值，3次握手一般都不需要1秒钟，把这个定为文件慢慢传的罪魁祸首，似乎太不靠谱了，这个理由还是失败。

3. TCP一旦建立链接,路由就确定了,而UDP是不确定的路由方式,谁速度快走谁的线路。

这样说就说明没有作者好好理解TCP/IP协议了，TCP的链路只是一个逻辑的，又没有建立物理链路，下面跑的还是IP包，这个包走这条路，那个包完全可能走另外的路，这点TCP和UDP没有两样。理由继续失败。

4. msn服务器在国外？

有些道理，但是我听一个美国的朋友说他也喜欢用QQ传文件的。

那到底是怎么回事呢？是因为微软没有做好？（题外话，个人的确觉得MSN相比QQ的飞速进步而显得动作迟缓）QQ的Fans开始摩拳擦掌，一些不那么喜欢M$的估计就要开始丢板砖了。不管立场如何，事实还是要探寻一下，本着不求甚解，薄积薄发，浅入浅出的精神，我认为有几个可能原因：

1. 两个传文件客户端都在NAT后面的时候 (你不知道NAT啥意思？比如多个人通过路由器共享一个猫上网，那么你们一般就是在NAT后面了)，从技术实现上讲，TCP在这种情况下穿越NAT比UDP麻烦得多。UDP只要开始几个穿越NAT的协商包需要服务器转一下，后面的文件数据可以两个客户端之间直接传输搞定，但是一般TCP就只能全程由服务器中转了，你说哪一个会比较快？ 为什么TCP需要服务器中转？先看看NAT吧，听说有高人可以用raw sock搞定，反正我没有中间服务器搞不定。

2. 但是即使上面的条件不成立，msn还是一般比QQ慢的。问题还是在出在前面提到的验证数据可靠性上面，TCP是可靠的，UDP是不可靠的，但是用UDP做传输文件这档子事情，肯定要在应用层写一个验证的协议，否则传过来的文件缺胳膊少腿，会被用户骂死的。说是协议，其实也不难，打个比方吧：

long long ago，贾宝玉在北京，林黛玉在长沙，怎么互诉衷肠呢，派家丁送信！路途遥远，怎么知道信收到没有？打电话问？那时候发明了这个就不用送信了，只能看家丁是否带了回信来了。假如发现一个家丁一个月还没有回，那就多半迷路堵车遭遇山贼或者开小差到扬州花差快活去了，再派一个人送吧！ TCP就是这么做的，UDP在应用层协议一般也需要这么做，但是实现上有时候往往有区别。
北京到长沙之间的路，并不是只有一个人跑的，常常很拥堵，假如发现家丁好久没有回了，TCP版的贾宝玉再派人送信是要的，但是他会比较识大体，他会少写信，降低发送速度，原来一天一封，现在可能一周一封了。他想，大家假如都这样，路就不会那么拥挤了。这做法很有道理，假如塞车了大家都想见缝插针，只能越来越塞，最后大家都动不了，还不如彼此容让慢慢排队。而UDP版本的贾宝玉假如也这么集体主义，那么他就叫做TCP友好流，就假如它只管自己拼命挤，就是非TCP友好的。
所有的TCP协议假如发现拥塞，都会马上降低自己的发送速度。假如基于UDP的协议不这么做的话，原来拥塞的IP包加上重发的包，网路只会越来越拥塞，最后所有的坚持集体主义的TCP流都会做出牺牲，把带宽让给一些非TCP友好的UDP流。所以除非网络状况非常好，否则TCP是拼不过非TCP友好的协议的。

我怀疑（仅仅是怀疑而已，我也没有条件和时间验证），QQ的文件传输机制是不那么TCP友好的，它抢带宽更加"我能"，这样虽然对于整个网络负荷不是什么好事，但是对于单个用户，就见仁见智了，就好像大家看待多线程下载或者p2p一样。