1 tcp协议20问

news2025/1/11 11:11:52

1什么是TCP网络分层

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1.1分层描述

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网络访问层：

2 TCP的三次握⼿中为什么是三次？为什么不是两次、四次？

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两次握手的话，服务端会单方面认为建立已经成功，但是对于客户端而言，可能只是开个玩笑的，这样对于服务端来说是不公平的，也是链接资源的浪费.
4次呢，有点浪费资源了，完全没必要，3次就够了

3TCP的四次挥⼿为什么是四次？为什么不能是三次？

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首先，tcp的挥手是终止一次tcp的链接。也就是说在断开一次tcp的链接的时候，客户端和服务端总共需要发送4次报文。用来确认链接已经断开。
如图： 客户端发送的报文种FIN给服务端，服务端进行确认并响应ACK给客户端表示可以断开。
同时服务端表示我也需要断开，因此向客户端也发送了一个FIN，客户端接收到服务端的FIN之后也进行了响应ACK=y+2.这就是4次挥手的报文.

why不能优化成3次呢？

假设优化成3次，那么就是在服务端发送客户端的响应ACK和服务端发送自己的FIN的地方，合并成一个报文，但是合并之后，可以实现么？
当服务端接收到客户端的断开请求后FIN，服务端只是进入了CLOSR_WAIT的状态(也就是再等等的意思，首先针对这个请求进行确认即发送ACK确认，其次的话就是服务端可能有些资源还没释放，请求请求没有处理掉，所以ACK，FIN之间可能有大的延迟)
服务端最终的LAST_ACK发送出去的时候，由于响应时间长(30S)，会导致客户端进行重发,进行重试请求.

断开请求FIN

确认请求ACK

4、为什么 SYN/FIN 不包含数据却要消耗⼀个序列号？

凡是需要对端确认的，⼀定消耗TCP报⽂的序列号。
SYN 和FIN需要对端的确认,所以需要消耗⼀个序列号。
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如果没有seq,则有可能会导致重发，因此只要的需要端的确认，必须有seq

5、什么是半连接队列？什么是SYN Flood攻击？

客户端⼤量伪造 IP 发送 SYN 包，服务端回复的 ACK+SYN 去到了⼀个「未知」的 IP 地址，势必会造
成服务端⼤量的连接处于 SYN_RCVD 状态，⽽服务器的半连接队列⼤⼩也是有限的，如果半连接队列满，也会出现⽆法处理正常请求的情况。
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客户端大量伪造的ip,发起第一次链接SYN,那么服务端进行响应ACK+SYN去，这样服务器就会处于半连接状态。成为SYN FLOOD攻击或洪范攻击。

6、说说TCP快速打开(TFO)的原理！

TCP 快速打开（TCP Fast Open，TFO）
TFO 是在原来 TCP 协议上的扩展协议，它的主要原理就在发送第⼀个 SYN 包的时候就开始传数据了，
不过它要求当前客户端之前已经完成过「正常」的三次握⼿。
快速打开分两个阶段：请求 Fast Open Cookie 和真正开始 TCP Fast Open

Fast Open Cookie
我们知道tcp建立连接需要进行3次握手，这里的是一种快速打开方式TFO。
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当发送SYN包的时候，head种包含一个cookie,只不过这个时候还是空的，表明客户端要请求fast open cookie .
服务端收到SYN包的时候，生成cookie的值并且连同ACK_SYN_COOKIE一起发送给客户端
客户端在收到cookie会缓存在本地，这个阶段就是fast open cookie

TCP Fast Open

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在该阶段，客户端就会携带了cookie,并由服务端进行确认cookie的合法性，如果合法，就发送ack确认，如果不合法就丢弃包，走正常的3次握手

7、TCP报⽂中的时间戳有什么作⽤？

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上图是报文的头部，时间戳就是加在head的选项中
下图是时间戳的构成，分别是：类别，长度，发送方时间戳，回显时间戳

RTT

假设在没有启动时间戳的时候，发送重传的情况下，计算时延是比较尴尬的，如上图所示，但是开启了时间戳就不一样了，可以进行计算.
在启⽤ Timestamps 选项以后，因为 ACK 包⾥包含了 TSval 和 TSecr，这样⽆论是正常确认包，还是
重传确认包，都可以通过这两个值计算出 RTT。
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当seq满了以后，会从来开始，也就是回绕

8、TCP 的超时重传时间是如何计算的？

TCP 具有超时重传机制，即间隔⼀段时间没有等到数据包的回复时，重传这个数据包。
这个重传间隔也叫做超时重传时间(Retransmission TimeOut, 简称RTO)
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RTO设置的太小的话，没必要，有可能导致不必要的重传，因为服务端可能是延迟，但是设置太大，需要很久才会重传.

9、能不能说⼀说 TCP 的流量控制？

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通过设置服务端的缓冲区的大小来决定tcp的数据传输大小。
服务端响应的ack中就有窗口大小，用于通知客户端缓存区的大小.

接收窗⼝（接收缓冲区中空闲的部分）
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buffer中可能存在上一次发送，但是还没有处理完的数据。如上图所示

发送端比较慢的情况就是：发送的buffer中有可以待发送的数据
发送到比较快的情况就是：buffer中的全都发出去了，但是可能还没有收到ack.
因为接收端的响应ACK中包含了窗口大小，发送端就可以进行控制.

10、如何理解 TCP 的keep-alive的原理？

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TCP 协议的设计者考虑到了这种检测⻓时间死连接的需求，于是乎设计了 keepalive 机制。
它的作⽤就是探测对端的连接有没有失效，通过定时发送探测包来探测连接的对端是否存活，不过默认
情况下需要 7200s 没有数据包交互才会发送 keepalive 探测包，往往这个时间太久了，我们熟知的很多组件都没有开启 keepalive 特性，⽽是选择在应⽤层做⼼跳机制。

11、聊⼀聊TCP中的端⼝号

端⼝号的英⽂叫Port，英⽂原意是"港⼝，⼝岸"的意思
端⼝号与⽹络分层
端口号位于传输层，并且是在TCP的头里面
分别由源断开，目标端口
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TCP ⽤两字节的整数来表示端⼝，⼀台主机最⼤允许 65536 个端⼝号的

已登记的端⼝号：范围1024~49151
● MySQL：3306
● Redis：6379
● MongoDB：27017