Java TCP/IP协议

TCP/IP协议栈是互联网通信的基础，TCP提供可靠的面向连接服务。

TCP/IP分层模型

TCP与UDP对比

TCP三次握手

建立连接需要三次握手：

客户端                    服务端
   |                        |
   |─────── SYN ───────────→|  第一次：请求建立连接
   |      (seq=x)           |
   |                        |
   |←────── SYN+ACK ────────|  第二次：确认并请求
   |      (seq=y, ack=x+1)  |
   |                        |
   |─────── ACK ───────────→|  第三次：确认连接
   |      (ack=y+1)         |
   |                        |
   ========== 连接建立 ==========

握手过程

// 客户端视角
Socket socket = new Socket();
socket.connect(new InetSocketAddress("server", 8888));
// 内部完成三次握手

// 服务端视角
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
Socket client = serverSocket.accept();
// accept()返回表示三次握手完成

TCP四次挥手

断开连接需要四次挥手：

客户端                    服务端
   |                        |
   |─────── FIN ───────────→|  第一次：请求断开
   |                        |
   |←────── ACK ────────────|  第二次：确认断开请求
   |                        |
   |                        |  服务端可能还有数据发送
   |←────── FIN ────────────|  第三次：服务端请求断开
   |                        |
   |─────── ACK ───────────→|  第四次：确认断开
   |                        |
   ========== 连接关闭 ==========

###挥手过程

socket.close();  // 发起FIN包，开始四次挥手

TCP可靠传输机制

1. 序列号与确认

每个TCP报文都有序列号，接收方通过ACK确认已收到的数据。

2. 重传机制

// 超时重传
socket.setSoTimeout(5000);  // 设置读超时，触发重传

3. 流量控制

通过滑动窗口控制发送速率，避免接收方缓冲溢出。

4. 拥塞控制

网络拥塞时降低发送速率，算法包括慢启动、拥塞避免。

TCP参数调优

Socket socket = new Socket();

// 连接超时
socket.connect(address, 5000);  // 5秒连接超时

// 读超时（SO_TIMEOUT）
socket.setSoTimeout(3000);      // 3秒读超时

// 发送缓冲区大小
socket.setSendBufferSize(64 * 1024);  // 64KB

// 接收缓冲区大小
socket.setReceiveBufferSize(64 * 1024);  // 64KB

// 禁用Nagle算法（减少小包延迟）
socket.setTcpNoDelay(true);

// 保持连接
socket.setKeepAlive(true);

// 关闭时立即释放资源
socket.setSoLinger(true, 0);  // 立即关闭，不等待

IP地址与端口

// IPv4地址
InetAddress ipv4 = InetAddress.getByName("192.168.1.1");

// IPv6地址
InetAddress ipv6 = InetAddress.getByName("fe80::1");

// 本机地址
InetAddress local = InetAddress.getLocalHost();

// 端口范围：0-65535
// 0-1023：系统保留端口（如HTTP 80, SSH 22）
// 1024-49151：注册端口
// 49152-65535：动态端口

Socket状态

socket.isConnected();     // 是否已连接
socket.isBound();         // 是否已绑定地址
socket.isClosed();        // 是否已关闭
socket.isInputShutdown(); // 输入流是否关闭
socket.isOutputShutdown();// 输出流是否关闭

// 半关闭：只关闭输出，仍可接收数据
socket.shutdownOutput();  // 发送FIN，但保持接收能力

注意事项

TCP三次握手必须完成才能开始数据传输

服务端accept() 阻塞等待连接完成

设置超时很重要，防止无限阻塞等待

close() 发起四次挥手，需等待对方确认

大量短连接可能耗尽端口资源，需复用连接

要点总结

1. TCP面向连接、可靠传输，UDP无连接、不可靠
2. 三次握手建立连接：SYN → SYN+ACK → ACK
3. 四次挥手断开连接：FIN → ACK → FIN → ACK
4. 可靠传输依赖序列号、确认、重传、流量控制
5. 合理设置超时和缓冲区大小优化性能