TCP知识点总结-相关面试题

水深无声 2023-03-14 10:33 24阅读 0赞

# TCP详解-相关面试题 #

## 报文头部信息 ##

### 图解 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01ya2Fpemk_size_16_color_FFFFFF_t_70]

序列号seq：占4个字节，用来标记数据段的顺序，TCP把连接中发送的所有数据字节都编上一个序号，第一个字节的编号由本地随机产生；给字节编上序号后，就给每一个报文段指派一个序号；序列号seq就是这个报文段中的第一个字节的数据编号。

确认号ack：占4个字节，期待收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号；序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号；而确认号指的是期望接收到下一个字节的编号；因此当前报文段最后一个字节的编号+1即为确认号。

确认ACK：占1位，仅当ACK=1时，确认号字段才有效。ACK=0时，确认号无效

同步SYN：连接建立时用于同步序号。当SYN=1，ACK=0时表示：这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示这是一个连接请求，或连接接受报文。SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1，握手完成后SYN标志位被置0。

终止FIN：用来释放一个连接。FIN=1表示：此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放运输连接

PS：ACK、SYN和FIN这些大写的单词表示标志位，其值要么是1，要么是0；ack、seq小写的单词表示序号。

## 三次握手 ##

### 通信过程 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01ya2Fpemk_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

1.  client发送第SYN，seq=x，无数据，client进入SYN-SENT
2.  server收到后，发送ACK，SYN，ack=x+1，seq=y，无数据，server进入SYN-RCVD
3.  client收到后，发送ACK，seq=x+1，ack=y+1，无数据，client与server进入ESTABLISHED

### 第一次握手时，SYN通信占用 ###

#### 出现场景 ####

第一次发送SYN报文，client关闭了，server 端会进行重连（1、2、4、8、16、32）共63秒，大量出现，会使得SYN队列占满。

#### 解决方案 ####

Linux在报文中加了SYN_COOKIES，双方通信传递这个值

## 四次挥手 ##

### 通信过程 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01ya2Fpemk_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

1.  client发送FIN报文+seq=u，client进入FIN—WAIT-1
2.  server发送ACK，seq=v，ack=u+1，server进入CLOSE-WAIT，client进入FIN—WAIT-2
3.  server发送FIN，ACK，seq=W，ack=u+1，server进入LAST-ACK
4.  client发送ACK，seq=u+1，ack=W+1,client进入TIME-WAIT

### 为什么有TIME\_WAIT ###

*  确保有足够的时间让对方收到ACK包
 *  避免新旧连接混淆

### 为什么需要四次握手才能断开 ###

因为全双工，发送方、接收方都需要发送FIN、ACK报文

### 服务器出现大量CLOSE\_WAIT ###

对方关闭socket连接，我方忙于读写，未及时关闭连接

解决方案：及时关闭资源、调整线程池

### 检查服务器 ###

netstat -n | awk '/^tcp/{++S[$NF]}END{for(a in S) print a,S[a]}'

## TCP滑动窗口 ##

### RTT和RTO ###

RTT：发送一个数据包到接收到对应的ACK，花费时间  
RTO：重传时间间隔（依据RTT计算RTO）

### TCP使用滑动窗口做流量控制与乱序重排 ###

*  保证TCP的可靠性
 *  保证TCP的流控特性

### 窗口数据计算过程 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01ya2Fpemk_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L01ya2Fpemk_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

## 常见面试题 ##

### 【问题1】为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？ ###

答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，“你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

### 【问题2】为什么TIME\_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？ ###

答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME\_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在Client发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME\_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。

### 【问题3】为什么不能用两次握手进行连接？ ###

答：3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。

现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发 送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S 是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分 组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

### 【问题4】如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？ ###

TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

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