TCP/UDP面试题高频词汇详解

Posted 2021-11-10 夏夜凉月的博客

前言

本文是网络基础的最后一篇，解析常见的TCP面试高频词汇。

1、TCP/UDP的区别

• 用户数据报协议 UDP（User Datagram Protocol）是无连接的，没有拥塞控制，面向数据报文段，提供非可靠性传输，传输效率高，一般用于即时通信。
• 传输控制协议 TCP（Transmission Control Protocol）是面向连接的，有流量控制，拥塞控制，面向字节流，提供可靠性传输，传输效率相对UDP较低，一般用于文件传输、发送和接收邮件等场景。

2、TCP三次握手/四次挥手

2.1、三次握手策略

如果面试说到网络这块，这道题目几乎是必问，我们日常用到最多的应用层HTTP协议，传输层使用的就是TCP协议，为了准确无误地把数据送达目标处，TCP 协议采用了三次握手策略：

1. 客户端给服务端发送带有 SYN 标志、序号seq = J（J是随机数）、确认号 = 0的数据包完成一次握手
2. 服务端给客户端发送带有 SYN/ACK 标志、序号seq = K（K是随机数）, 确认号 = J + 1（SYN请求本身需要占用一个序号 ）的数据包完成二次握手
3. 客户端给服务端发送带有 ACK 标志、序号seq = J + 1，确认号 = K + 1的数据包完成三次握手

2.2、为什么需要三次握手

三次握手的目的是建立可靠的通信信道，目的是双方确认自己与对方的发送与接收是正常的：

1. 第一次握手，服务端确认自己接收正常、确认客户端发送正常
2. 第二次握手，客户端确认自己发送正常、接收正常，确认服务端发送正常、接收正常
3. 第三次握手，服务端确认自己发送正常、接收正常，确认客户端发送正常、接收正常

2.3、四次挥手的策略

四次挥手是在断开TCP连接的时候，数据传输完毕后，双方都可释放连接。一般由客户端主动关闭，服务器被动关闭，我们将客户端用A代替，服务端用B代替，简单描述下四次握手的过程：

• A发出连接释放报文段，首部 FIN = 1，序号 seq = i，等待B确认。
• B发出确认报文段，确认号 ack = i+1，序号 seq = k。
• A收到B的确认报文，A到B方向的连接就释放了，TCP 连接处于半关闭状态。A不能向B发送数据；B若发送数据，A仍要接收。
• 当B不再需要连接时，发送连接释放请求报文段，FIN=1。
• A收到后发出确认，进入 TIME-WAIT 状态，等待 2 MSL（两个报文最大生命周期）释放连接。
• B收到A的确认后释放连接。

2.4、为什么要四次挥手

TCP是全双工的，为了实现可靠的连接关闭，客户端发出结束报文FIN，服务端收到这个报文，就进入 CLOSE-WAIT 状态(服务端可能有未传送完毕的数据)，服务端传送完毕之后，服务器会发送 FIN 连接释放报文。

客户端收到这个报文，向服务端发送确认报文，进入TIME_WAIT状态，等待2MSL（两个报文最大生命周期），发送设置等待时间有两个目的：

1. 接收服务端重新发送连接释放请求(可能第一次没收到客户端确认报文)
2. 让网络中延迟的FIN/ACK数据都消失，使得新的连接不会出现旧的连接请求报文。

2、超时重传

TCP 使用超时重传来实现可靠传输：如果一个已经发送的报文段在超时时间内没有收到确认，那么就重传这个报文段。

2.1、超时时间怎么确定

RTT（往返时延）表示数据包从发出去到收到对应 ACK 的时间。加权平均往返时间 RTTs 计算：

其中，0 ≤ a ＜ 1，RTTs 随着 a 的增加更容易受到 RTT 的影响。 超时时间 RTO 应该略大于 RTTs，TCP 使用的超时时间计算如下：

其中 RTTd 为偏差的加权平均值。想要深入的了解这个算法，参考RFC6298

2.2、重传机制

基于定时器的重传

这种机制下，每个数据包都有相应的计时器，一旦超过 RTO 而没有收到 ACK，就重发该数据包。没收到 ACK 的数据包都会存在重传缓冲区里，等到 ACK 后，就从缓冲区里删除。

快速重传

基于计时器的重传基于设置的超时时间，而快速重传使用了累计确认机制：服务器如果收到乱序的包，给客户端回复最近一次报文段的 ACK，如果相同的ACK累计达到3次就重发该数据包。

3、滑动窗口

窗口是缓存的一部分，用来暂时存放字节流，发送方和接收方各有一个窗口。发送方根据接收方窗口字段和其它信息设置自己的窗口大小，用来控制发送的速率，保证接收方来得及接收。

如果发送窗口左部的字节已经发送并且收到了确认，那么就将发送窗口向右滑动一定距离，直到左部第一个字节不是已发送并且已确认的状态；接收窗口的滑动类似，接收窗口左部字节已经发送确认并交付主机，就向右滑动接收窗口。

接收窗口只会对窗口内最后一个按序到达的字节进行确认，例如接收窗口已经收到的字节为 {16, 24, 30}，其中 {24} 按序到达，而 {24, 30} 就不是，因此只对字节 16 进行确认。发送方得到一个字节的确认之后，就知道这个字节之前的所有字节都已经被接收。

4、拥塞控制

流量控制是控制发送方的发送速率，让接收方能来得及接收；而拥塞控制是作用于网络，它是防止过多的包被发送到网络中，避免出现网络负载过大，降低整个网络的拥塞程度。TCP 主要通过四个算法来进行拥塞控制：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复。想要深入的了解这四个算法，参考 TCP的拥塞控制（详解）

结束语

本来还想多讲点内容的，但是实力限制了我的发挥……

我是夏夜凉月，咱们下篇再见