TCP協(xié)議經(jīng)典十五連問!答案你都知道嗎？

TCP協(xié)議是大廠面試必問的知識點。今天這篇文章整理了15道非常經(jīng)典的TCP面試題，非常清晰易懂并且也比較全面，希望能對大家有所幫助。

1. ?講下TCP三次握手流程

開始客戶端和服務(wù)器都處于CLOSED狀態(tài)，然后服務(wù)端開始監(jiān)聽某個端口，進入LISTEN狀態(tài)

第一次握手(SYN=1, seq=x)，發(fā)送完畢后，客戶端進入 SYN_SEND 狀態(tài)

第二次握手(SYN=1, ACK=1, seq=y, ACKnum=x+1)， 發(fā)送完畢后，服務(wù)器端進入 SYN_RCVD 狀態(tài)。

第三次握手(ACK=1，ACKnum=y+1)，發(fā)送完畢后，客戶端進入 ESTABLISHED 狀態(tài)，當(dāng)服務(wù)器端接收到這個包時,也進入 ESTABLISHED 狀態(tài)，TCP 握手，即可以開始數(shù)據(jù)傳輸。

2.TCP握手為什么是三次，不能是兩次？不能是四次？

TCP握手為什么是三次呢？為了方便理解，我們以談戀愛為例子：兩個人能走到一起，最重要的事情就是相愛，就是我愛你，并且我知道，你也愛我，接下來我們以此來模擬三次握手的過程：

為什么握手不能是兩次呢？

如果只有兩次握手，女孩子可能就不知道，她的那句我也愛你，男孩子是否收到，戀愛關(guān)系就不能愉快展開。

為什么握手不能是四次呢？

因為握手不能是四次呢？因為三次已經(jīng)夠了，三次已經(jīng)能讓雙方都知道：你愛我，我也愛你。而四次就多余了。

3. 講下TCP四次揮手過程

第一次揮手(FIN=1，seq=u)，發(fā)送完畢后，客戶端進入FIN_WAIT_1 狀態(tài)

第二次揮手(ACK=1，ack=u+1,seq =v)，發(fā)送完畢后，服務(wù)器端進入CLOSE_WAIT 狀態(tài)，客戶端接收到這個確認包之后，進入 FIN_WAIT_2 狀態(tài)

第三次揮手(FIN=1，ACK1,seq=w,ack=u+1)，發(fā)送完畢后，服務(wù)器端進入LAST_ACK 狀態(tài)，等待來自客戶端的最后一個ACK。

第四次揮手(ACK=1，seq=u+1,ack=w+1)，客戶端接收到來自服務(wù)器端的關(guān)閉請求，發(fā)送一個確認包，并進入 TIME_WAIT狀態(tài)，等待了某個固定時間（兩個最大段生命周期，2MSL，2 Maximum Segment Lifetime）之后，沒有收到服務(wù)器端的 ACK ，認為服務(wù)器端已經(jīng)正常關(guān)閉連接，于是自己也關(guān)閉連接，進入 CLOSED 狀態(tài)。服務(wù)器端接收到這個確認包之后，關(guān)閉連接，進入 CLOSED 狀態(tài)。

4. TCP揮手為什么需要四次呢？

舉個例子吧!

小明和小紅打電話聊天，通話差不多要結(jié)束時，小紅說“我沒啥要說的了”，小明回答“我知道了”。但是小明可能還會有要說的話，小紅不能要求小明跟著自己的節(jié)奏結(jié)束通話，于是小明可能又嘰嘰歪歪說了一通，最后小明說“我說完了”，小紅回答“知道了”，這樣通話才算結(jié)束。

”

5. TIME-WAIT 狀態(tài)為什么需要等待 2MSL

2MSL，2 Maximum Segment Lifetime，即兩個最大段生命周期

1個 MSL 保證四次揮手中主動關(guān)閉方最后的 ACK 報文能最終到達對端

1個 MSL 保證對端沒有收到 ACK 那么進行重傳的 FIN 報文能夠到達

6.TCP 和 UDP 的區(qū)別

TCP面向連接（（如打電話要先撥號建立連接）;UDP是無連接的，即發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接。

TCP要求安全性，提供可靠的服務(wù)，通過TCP連接傳送的數(shù)據(jù)，不丟失、不重復(fù)、安全可靠。而UDP盡最大努力交付，即不保證可靠交付。

TCP是點對點連接的，UDP一對一，一對多，多對多都可以

TCP傳輸效率相對較低,而UDP傳輸效率高，它適用于對高速傳輸和實時性有較高的通信或廣播通信。

TCP適合用于網(wǎng)頁，郵件等;UDP適合用于視頻，語音廣播等

TCP面向字節(jié)流，UDP面向報文

7. TCP報文首部有哪些字段，說說其作用

16位端口號：源端口號，主機該報文段是來自哪里；目標(biāo)端口號，要傳給哪個上層協(xié)議或應(yīng)用程序

32位序號：一次TCP通信（從TCP連接建立到斷開）過程中某一個傳輸方向上的字節(jié)流的每個字節(jié)的編號。

32位確認號：用作對另一方發(fā)送的tcp報文段的響應(yīng)。其值是收到的TCP報文段的序號值加1。

4位頭部長度：表示tcp頭部有多少個32bit字（4字節(jié)）。因為4位最大能標(biāo)識15，所以TCP頭部最長是60字節(jié)。

6位標(biāo)志位：URG(緊急指針是否有效)，ACk（表示確認號是否有效），PSH（緩沖區(qū)尚未填滿），RST（表示要求對方重新建立連接），SYN（建立連接消息標(biāo)志接），F(xiàn)IN（表示告知對方本端要關(guān)閉連接了）

16位窗口大小：是TCP流量控制的一個手段。這里說的窗口，指的是接收通告窗口。它告訴對方本端的TCP接收緩沖區(qū)還能容納多少字節(jié)的數(shù)據(jù)，這樣對方就可以控制發(fā)送數(shù)據(jù)的速度。

16位校驗和：由發(fā)送端填充，接收端對TCP報文段執(zhí)行CRC算法以檢驗TCP報文段在傳輸過程中是否損壞。注意，這個校驗不僅包括TCP頭部，也包括數(shù)據(jù)部分。這也是TCP可靠傳輸?shù)囊粋€重要保障。

16位緊急指針：一個正的偏移量。它和序號字段的值相加表示最后一個緊急數(shù)據(jù)的下一字節(jié)的序號。因此，確切地說，這個字段是緊急指針相對當(dāng)前序號的偏移，不妨稱之為緊急偏移。TCP的緊急指針是發(fā)送端向接收端發(fā)送緊急數(shù)據(jù)的方法。

8. TCP 是如何保證可靠性的

首先，TCP的連接是基于三次握手，而斷開則是四次揮手。確保連接和斷開的可靠性。

其次，TCP的可靠性，還體現(xiàn)在有狀態(tài);TCP會記錄哪些數(shù)據(jù)發(fā)送了，哪些數(shù)據(jù)被接受了，哪些沒有被接受，并且保證數(shù)據(jù)包按序到達，保證數(shù)據(jù)傳輸不出差錯。

再次，TCP的可靠性，還體現(xiàn)在可控制。它有報文校驗、ACK應(yīng)答、超時重傳(發(fā)送方)、失序數(shù)據(jù)重傳（接收方）、丟棄重復(fù)數(shù)據(jù)、流量控制（滑動窗口）和擁塞控制等機制。

9. TCP 重傳機制

超時重傳

TCP 為了實現(xiàn)可靠傳輸，實現(xiàn)了重傳機制。最基本的重傳機制，就是超時重傳，即在發(fā)送數(shù)據(jù)報文時，設(shè)定一個定時器，每間隔一段時間，沒有收到對方的ACK確認應(yīng)答報文，就會重發(fā)該報文。

這個間隔時間，一般設(shè)置為多少呢？我們先來看下什么叫RTT（Round-Trip Time，往返時間）。

RTT就是，一個數(shù)據(jù)包從發(fā)出去到回來的時間，即數(shù)據(jù)包的一次往返時間。超時重傳時間，就是Retransmission Timeout ，簡稱RTO。

RTO設(shè)置多久呢？

如果RTO比較小，那很可能數(shù)據(jù)都沒有丟失，就重發(fā)了，這會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)阻塞，會導(dǎo)致更多的超時出現(xiàn)。

如果RTO比較大，等到花兒都謝了還是沒有重發(fā)，那效果就不好了。

一般情況下，RTO略大于RTT，效果是最好的。一些小伙伴會問，超時時間有沒有計算公式呢?有的！有個標(biāo)準(zhǔn)方法算RTO的公式，也叫Jacobson / Karels 算法。我們一起來看下計算RTO的公式

1. 先計算SRTT（計算平滑的RTT）

SRTT?=?(1?-?α)?*?SRTT?+?α?*?RTT??//求?SRTT?的加權(quán)平均

2. 再計算RTTVAR (round-trip time variation)

RTTVAR?=?(1?-?β)?*?RTTVAR?+?β?*?(|RTT?-?SRTT|)?//計算?SRTT?與真實值的差距

3. 最終的RTO

RTO?=?μ?*?SRTT?+???*?RTTVAR??=??SRTT?+?4·RTTVAR??

其中，α = 0.125，β = 0.25， μ = 1，? = 4，這些參數(shù)都是大量結(jié)果得出的最優(yōu)參數(shù)。

但是，超時重傳會有這些缺點：

當(dāng)一個報文段丟失時，會等待一定的超時周期然后才重傳分組，增加了端到端的時延。

當(dāng)一個報文段丟失時，在其等待超時的過程中，可能會出現(xiàn)這種情況：其后的報文段已經(jīng)被接收端接收但卻遲遲得不到確認，發(fā)送端會認為也丟失了，從而引起不必要的重傳，既浪費資源也浪費時間。

并且，TCP有個策略，就是超時時間間隔會加倍。超時重傳需要等待很長時間。因此，還可以使用快速重傳機制。

快速重傳

快速重傳機制，它不以時間驅(qū)動，而是以數(shù)據(jù)驅(qū)動。它基于接收端的反饋信息來引發(fā)重傳。

一起來看下快速重傳流程：

快速重傳流程

發(fā)送端發(fā)送了 1，2，3，4，5,6 份數(shù)據(jù):

第一份 Seq=1 先送到了，于是就 Ack 回 2；

第二份 Seq=2 也送到了，假設(shè)也正常，于是ACK 回 3；

第三份 Seq=3 由于網(wǎng)絡(luò)等其他原因，沒送到；

第四份 Seq=4 也送到了，但是因為Seq3沒收到。所以ACK回3；

后面的 Seq=4,5的也送到了，但是ACK還是回復(fù)3，因為Seq=3沒收到。

發(fā)送端連著收到三個重復(fù)冗余ACK=3的確認（實際上是4個，但是前面一個是正常的ACK，后面三個才是重復(fù)冗余的），便知道哪個報文段在傳輸過程中丟失了，于是在定時器過期之前，重傳該報文段。

最后，接收到收到了 Seq3，此時因為 Seq=4，5，6都收到了，于是ACK回7.

但快速重傳還可能會有個問題：ACK只向發(fā)送端告知最大的有序報文段，到底是哪個報文丟失了呢？并不確定！那到底該重傳多少個包呢？

是重傳 Seq3 呢？還是重傳 Seq3、Seq4、Seq5、Seq6 呢？因為發(fā)送端并不清楚這三個連續(xù)的 ACK3 是誰傳回來的。

帶選擇確認的重傳（SACK）

為了解決快速重傳的問題：應(yīng)該重傳多少個包? TCP提供了SACK方法（帶選擇確認的重傳，Selective Acknowledgment）。

SACK機制就是，在快速重傳的基礎(chǔ)上，接收端返回最近收到的報文段的序列號范圍，這樣發(fā)送端就知道接收端哪些數(shù)據(jù)包沒收到，醬紫就很清楚該重傳哪些數(shù)據(jù)包啦。SACK標(biāo)記是加在TCP頭部選項字段里面的。

SACK機制

如上圖中，發(fā)送端收到了三次同樣的ACK=30的確認報文，于是就會觸發(fā)快速重發(fā)機制，通過SACK信息發(fā)現(xiàn)只有30~39這段數(shù)據(jù)丟失，于是重發(fā)時就只選擇了這個30~39的TCP報文段進行重發(fā)。

D-SACK

D-SACK，即Duplicate SACK（重復(fù)SACK），在SACK的基礎(chǔ)上做了一些擴展，，主要用來告訴發(fā)送方，有哪些數(shù)據(jù)包自己重復(fù)接受了。DSACK的目的是幫助發(fā)送方判斷，是否發(fā)生了包失序、ACK丟失、包重復(fù)或偽重傳。讓TCP可以更好的做網(wǎng)絡(luò)流控。來看個圖吧：

D-SACK簡要流程

10. 聊聊TCP的滑動窗口

TCP 發(fā)送一個數(shù)據(jù)，需要收到確認應(yīng)答，才會發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。這樣有個缺點，就是效率會比較低。

這就好像我們面對面聊天，你說完一句，我應(yīng)答后，你才會說下一句。那么，如果我在忙其他事情，沒有能夠及時回復(fù)你。你說完一句后，要等到我忙完回復(fù)你，你才說下句，這顯然很不現(xiàn)實。

為了解決這個問題，TCP引入了窗口，它是操作系統(tǒng)開辟的一個緩存空間。窗口大小值表示無需等待確認應(yīng)答，而可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)的最大值。

TCP頭部有個字段叫win，也即那個16位的窗口大小，它告訴對方本端的TCP接收緩沖區(qū)還能容納多少字節(jié)的數(shù)據(jù)，這樣對方就可以控制發(fā)送數(shù)據(jù)的速度，從而達到流量控制的目的。

通俗點講，就是接受方每次收到數(shù)據(jù)包，在發(fā)送確認報文的時候，同時告訴發(fā)送方，自己的緩存區(qū)還有多少空余空間，緩沖區(qū)的空余空間，我們就稱之為接受窗口大小。這就是win。

TCP 滑動窗口分為兩種: 發(fā)送窗口和接收窗口。發(fā)送端的滑動窗口包含四大部分，如下：

已發(fā)送且已收到ACK確認

已發(fā)送但未收到ACK確認

未發(fā)送但可以發(fā)送

未發(fā)送也不可以發(fā)送

虛線矩形框，就是發(fā)送窗口。

SND.WND: 表示發(fā)送窗口的大小,上圖虛線框的格子數(shù)就是14個。

SND.UNA: 一個絕對指針，它指向的是已發(fā)送但未確認的第一個字節(jié)的序列號。

SND.NXT：下一個發(fā)送的位置，它指向未發(fā)送但可以發(fā)送的第一個字節(jié)的序列號。

接收方的滑動窗口包含三大部分，如下：

已成功接收并確認

未收到數(shù)據(jù)但可以接收

未收到數(shù)據(jù)并不可以接收的數(shù)據(jù)

虛線矩形框，就是接收窗口。

REV.WND: 表示接收窗口的大小,上圖虛線框的格子就是9個。

REV.NXT:下一個接收的位置，它指向未收到但可以接收的第一個字節(jié)的序列號。

11. 聊聊TCP的流量控制

TCP三次握手，發(fā)送端和接收端進入到ESTABLISHED狀態(tài)，它們即可以愉快地傳輸數(shù)據(jù)啦。

但是發(fā)送端不能瘋狂地向接收端發(fā)送數(shù)據(jù)，因為接收端接收不過來的話，接收方只能把處理不過來的數(shù)據(jù)存在緩存區(qū)里。如果緩存區(qū)都滿了，發(fā)送方還在瘋狂發(fā)送數(shù)據(jù)的話，接收方只能把收到的數(shù)據(jù)包丟掉，這就浪費了網(wǎng)絡(luò)資源啦。

TCP 提供一種機制可以讓發(fā)送端根據(jù)接收端的實際接收能力控制發(fā)送的數(shù)據(jù)量，這就是流量控制。

TCP通過滑動窗口來控制流量，我們看下流量控制的簡要流程吧：

首先雙方三次握手，初始化各自的窗口大小，均為 400 個字節(jié)。

TCP的流量控制

假如當(dāng)前發(fā)送方給接收方發(fā)送了200個字節(jié)，那么，發(fā)送方的SND.NXT會右移200個字節(jié)，也就是說當(dāng)前的可用窗口減少了200 個字節(jié)。

接受方收到后，放到緩沖隊列里面，REV.WND =400-200=200字節(jié)，所以win=200字節(jié)返回給發(fā)送方。接收方會在 ACK 的報文首部帶上縮小后的滑動窗口200字節(jié)

發(fā)送方又發(fā)送200字節(jié)過來，200字節(jié)到達，繼續(xù)放到緩沖隊列。不過這時候，由于大量負載的原因，接受方處理不了這么多字節(jié)，只能處理100字節(jié)，剩余的100字節(jié)繼續(xù)放到緩沖隊列。這時候，REV.WND = 400-200-100=100字節(jié)，即win=100返回發(fā)送方。

發(fā)送方繼續(xù)干活，發(fā)送100字節(jié)過來，這時候，接受窗口win變?yōu)?。

發(fā)送方停止發(fā)送，開啟一個定時任務(wù)，每隔一段時間，就去詢問接受方，直到win大于0，才繼續(xù)開始發(fā)送。

12. TCP的擁塞控制

擁塞控制是作用于網(wǎng)絡(luò)的，防止過多的數(shù)據(jù)包注入到網(wǎng)絡(luò)中，避免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負載過大的情況。它的目標(biāo)主要是最大化利用網(wǎng)絡(luò)上瓶頸鏈路的帶寬。它跟流量控制又有什么區(qū)別呢？流量控制是作用于接收者的，根據(jù)接收端的實際接收能力控制發(fā)送速度，防止分組丟失的。

我們可以把網(wǎng)絡(luò)鏈路比喻成一根水管，如果我們想最大化利用網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)，那就是盡快讓水管達到最佳充滿狀態(tài)。

發(fā)送方維護一個擁塞窗口cwnd（congestion window）?的變量，用來估算在一段時間內(nèi)這條鏈路（水管）可以承載和運輸?shù)臄?shù)據(jù)（水）的數(shù)量。它大小代表著網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度，并且是動態(tài)變化的，但是為了達到最大的傳輸效率，我們該如何知道這條水管的運送效率是多少呢？

一個比較簡單的方法就是不斷增加傳輸?shù)乃?，直到水管快要爆裂為止（對?yīng)到網(wǎng)絡(luò)上就是發(fā)生丟包），用 TCP 的描述就是：

只要網(wǎng)絡(luò)中沒有出現(xiàn)擁塞，擁塞窗口的值就可以再增大一些，以便把更多的數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，但只要網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，擁塞窗口的值就應(yīng)該減小一些，以減少注入到網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包數(shù)。

實際上，擁塞控制主要有這幾種常用算法

慢啟動

擁塞避免

擁塞發(fā)生

快速恢復(fù)

慢啟動算法

慢啟動算法，表面意思就是，別急慢慢來。它表示TCP建立連接完成后，一開始不要發(fā)送大量的數(shù)據(jù)，而是先探測一下網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度。由小到大逐漸增加擁塞窗口的大小，如果沒有出現(xiàn)丟包，每收到一個ACK，就將擁塞窗口cwnd大小就加1（單位是MSS）。每輪次發(fā)送窗口增加一倍，呈指數(shù)增長，如果出現(xiàn)丟包，擁塞窗口就減半，進入擁塞避免階段。

TCP連接完成，初始化cwnd = 1，表明可以傳一個MSS單位大小的數(shù)據(jù)。

每當(dāng)收到一個ACK，cwnd就加一;

每當(dāng)過了一個RTT，cwnd就增加一倍; 呈指數(shù)讓升

為了防止cwnd增長過大引起網(wǎng)絡(luò)擁塞，還需設(shè)置一個慢啟動閥值ssthresh（slow start threshold）狀態(tài)變量。當(dāng)cwnd到達該閥值后，就好像水管被關(guān)小了水龍頭一樣，減少擁塞狀態(tài)。即當(dāng)cwnd >ssthresh時，進入了擁塞避免算法。

擁塞避免算法

一般來說，慢啟動閥值ssthresh是65535字節(jié)，cwnd到達慢啟動閥值后

每收到一個ACK時，cwnd = cwnd + 1/cwnd

當(dāng)每過一個RTT時，cwnd = cwnd + 1

顯然這是一個線性上升的算法，避免過快導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。

擁塞發(fā)生

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生丟包時，會有兩種情況：

RTO超時重傳

快速重傳

如果是發(fā)生了RTO超時重傳，就會使用擁塞發(fā)生算法

慢啟動閥值sshthresh = ?cwnd /2

cwnd 重置為 1

進入新的慢啟動過程

這真的是辛辛苦苦幾十年，一朝回到解放前。其實還有更好的處理方式，就是快速重傳。發(fā)送方收到3個連續(xù)重復(fù)的ACK時，就會快速地重傳，不必等待RTO超時再重傳。

image.png

慢啟動閥值ssthresh 和 cwnd 變化如下：

擁塞窗口大小 cwnd = cwnd/2

慢啟動閥值 ssthresh = cwnd

進入快速恢復(fù)算法

快速恢復(fù)

快速重傳和快速恢復(fù)算法一般同時使用?？焖倩謴?fù)算法認為，還有3個重復(fù)ACK收到，說明網(wǎng)絡(luò)也沒那么糟糕，所以沒有必要像RTO超時那么強烈。

正如前面所說，進入快速恢復(fù)之前，cwnd 和 sshthresh已被更新：

-?cwnd?=?cwnd?/2
-?sshthresh?=?cwnd

然后，真正的快速算法如下：

cwnd = sshthresh ?+ 3

重傳重復(fù)的那幾個ACK（即丟失的那幾個數(shù)據(jù)包）

如果再收到重復(fù)的 ACK，那么 cwnd = cwnd +1

如果收到新數(shù)據(jù)的 ACK 后, cwnd = sshthresh。因為收到新數(shù)據(jù)的 ACK，表明恢復(fù)過程已經(jīng)結(jié)束，可以再次進入了擁塞避免的算法了。

13. 半連接隊列和 SYN Flood 攻擊的關(guān)系

TCP進入三次握手前，服務(wù)端會從CLOSED狀態(tài)變?yōu)?strong>LISTEN狀態(tài),同時在內(nèi)部創(chuàng)建了兩個隊列：半連接隊列（SYN隊列）和全連接隊列（ACCEPT隊列）。

什么是半連接隊列（SYN隊列）?呢? 什么是全連接隊列（ACCEPT隊列）呢？回憶下TCP三次握手的圖：

三次握手

TCP三次握手時，客戶端發(fā)送SYN到服務(wù)端，服務(wù)端收到之后，便回復(fù)ACK和SYN，狀態(tài)由LISTEN變?yōu)镾YN_RCVD，此時這個連接就被推入了SYN隊列，即半連接隊列。

當(dāng)客戶端回復(fù)ACK, 服務(wù)端接收后，三次握手就完成了。這時連接會等待被具體的應(yīng)用取走，在被取走之前，它被推入ACCEPT隊列，即全連接隊列。

SYN Flood是一種典型的DoS (Denial of Service，拒絕服務(wù)) 攻擊，它在短時間內(nèi)，偽造不存在的IP地址,向服務(wù)器大量發(fā)起SYN報文。當(dāng)服務(wù)器回復(fù)SYN+ACK報文后，不會收到ACK回應(yīng)報文，導(dǎo)致服務(wù)器上建立大量的半連接半連接隊列滿了，這就無法處理正常的TCP請求啦。

主要有?syn cookie和SYN Proxy防火墻等方案應(yīng)對。

syn cookie：在收到SYN包后，服務(wù)器根據(jù)一定的方法，以數(shù)據(jù)包的源地址、端口等信息為參數(shù)計算出一個cookie值作為自己的SYNACK包的序列號，回復(fù)SYN+ACK后，服務(wù)器并不立即分配資源進行處理，等收到發(fā)送方的ACK包后，重新根據(jù)數(shù)據(jù)包的源地址、端口計算該包中的確認序列號是否正確，如果正確則建立連接，否則丟棄該包。

SYN Proxy防火墻：服務(wù)器防火墻會對收到的每一個SYN報文進行代理和回應(yīng)，并保持半連接。等發(fā)送方將ACK包返回后，再重新構(gòu)造SYN包發(fā)到服務(wù)器，建立真正的TCP連接。

14. Nagle 算法與延遲確認

Nagle算法

如果發(fā)送端瘋狂地向接收端發(fā)送很小的包，比如就1個字節(jié)，那么親愛的小伙伴，你們覺得會有什么問題呢？

TCP/IP協(xié)議中，無論發(fā)送多少數(shù)據(jù)，總是要在數(shù)據(jù)前面加上協(xié)議頭，同時，對方接收到數(shù)據(jù)，也需要發(fā)送ACK表示確認。為了盡可能的利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，TCP總是希望盡可能的發(fā)送足夠大的數(shù)據(jù)。Nagle算法就是為了盡可能發(fā)送大塊數(shù)據(jù)，避免網(wǎng)絡(luò)中充斥著許多小數(shù)據(jù)塊。

Nagle算法的基本定義是：任意時刻，最多只能有一個未被確認的小段。所謂“小段”，指的是小于MSS尺寸的數(shù)據(jù)塊，所謂“未被確認”，是指一個數(shù)據(jù)塊發(fā)送出去后，沒有收到對方發(fā)送的ACK確認該數(shù)據(jù)已收到。

Nagle算法的實現(xiàn)規(guī)則：

如果包長度達到MSS，則允許發(fā)送；

如果該包含有FIN，則允許發(fā)送；

設(shè)置了TCP_NODELAY選項，則允許發(fā)送；

未設(shè)置TCP_CORK選項時，若所有發(fā)出去的小數(shù)據(jù)包（包長度小于MSS）均被確認，則允許發(fā)送；

上述條件都未滿足，但發(fā)生了超時（一般為200ms），則立即發(fā)送。

延遲確認

如果接受方剛接收到發(fā)送方的數(shù)據(jù)包，在很短很短的時間內(nèi)，又接收到第二個包。那么請問接收方是一個一個地回復(fù)好點，還是合并一起回復(fù)好呢？

接收方收到數(shù)據(jù)包后，如果暫時沒有數(shù)據(jù)要發(fā)給對端，它可以等一段時再確認（Linux上默認是40ms）。如果這段時間剛好有數(shù)據(jù)要傳給對端，ACK就隨著數(shù)據(jù)傳輸，而不需要單獨發(fā)送一次ACK。如果超過時間還沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送，也發(fā)送ACK，避免對端以為丟包。

但是有些場景不能延遲確認，比如發(fā)現(xiàn)了亂序包、接收到了大于一個 frame 的報文，且需要調(diào)整窗口大小等。

一般情況下，Nagle算法和延遲確認不能一起使用，Nagle算法意味著延遲發(fā)，延遲確認意味著延遲接收，醬紫就會造成更大的延遲，會產(chǎn)生性能問題。

15. TCP的粘包和拆包

TCP是面向流，沒有界限的一串?dāng)?shù)據(jù)。TCP底層并不了解上層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的具體含義，它會根據(jù)TCP緩沖區(qū)的實際情況進行包的劃分，所以在業(yè)務(wù)上認為，一個完整的包可能會被TCP拆分成多個包進行發(fā)送，也有可能把多個小的包封裝成一個大的數(shù)據(jù)包發(fā)送，這就是所謂的TCP粘包和拆包問題。

TCP的粘包和拆包

為什么會產(chǎn)生粘包和拆包呢?

要發(fā)送的數(shù)據(jù)小于TCP發(fā)送緩沖區(qū)的大小，TCP將多次寫入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)一次發(fā)送出去，將會發(fā)生粘包；

接收數(shù)據(jù)端的應(yīng)用層沒有及時讀取接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，將發(fā)生粘包；

要發(fā)送的數(shù)據(jù)大于TCP發(fā)送緩沖區(qū)剩余空間大小，將會發(fā)生拆包；

待發(fā)送數(shù)據(jù)大于MSS（最大報文長度），TCP在傳輸前將進行拆包。即TCP報文長度-TCP頭部長度>MSS。

解決方案：

發(fā)送端將每個數(shù)據(jù)包封裝為固定長度

在數(shù)據(jù)尾部增加特殊字符進行分割

將數(shù)據(jù)分為兩部分，一部分是頭部，一部分是內(nèi)容體；其中頭部結(jié)構(gòu)大小固定，且有一個字段聲明內(nèi)容體的大小。

參考閱讀

[1]?TCP 的那些事兒（下）:?https://coolshell.cn/articles/11609.html
[2]?面試頭條你需要懂的 TCP 擁塞控制原理:?https://zhuanlan.zhihu.com/p/76023663
[3]?30張圖解：TCP 重傳、滑動窗口、流量控制、擁塞控制發(fā)愁: https://zhuanlan.zhihu.com/p/133307545
[4]?TCP協(xié)議靈魂之問，鞏固你的網(wǎng)路底層基礎(chǔ):?https://juejin.cn/post/6844904070889603085
[5]?TCP粘包和拆包:?https://blog.csdn.net/ailunlee/article/details/95944377

編輯：黃飛

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