面试必备！TCP协议经典十五连问！

作者：微信小助手

发布时间：2021-08-04T08:52:46

前言

TCP协议是大厂面试必问的知识点。整理了15道非常经典的TCP面试题，希望大家都找到理想的offer呀


1.  讲下TCP三次握手流程

开始客户端和服务器都处于CLOSED状态，然后服务端开始监听某个端口，进入LISTEN状态

  • 第一次握手(SYN=1, seq=x)，发送完毕后，客户端进入 SYN_SEND 状态
  • 第二次握手(SYN=1, ACK=1, seq=y, ACKnum=x+1)， 发送完毕后，服务器端进入 SYN_RCVD 状态。
  • 第三次握手(ACK=1，ACKnum=y+1)，发送完毕后，客户端进入 ESTABLISHED 状态，当服务器端接收到这个包时,也进入 ESTABLISHED 状态，TCP 握手，即可以开始数据传输。

2.TCP握手为什么是三次，不能是两次？不能是四次？

TCP握手为什么是三次呢？为了方便理解，我们以谈恋爱为例子：两个人能走到一起，最重要的事情就是相爱，就是我爱你，并且我知道，你也爱我，接下来我们以此来模拟三次握手的过程：

为什么握手不能是两次呢？

如果只有两次握手，女孩子可能就不知道，她的那句我也爱你，男孩子是否收到，恋爱关系就不能愉快展开。

为什么握手不能是四次呢？

因为握手不能是四次呢？因为三次已经够了，三次已经能让双方都知道：你爱我，我也爱你。而四次就多余了。

3. 讲下TCP四次挥手过程

  1. 第一次挥手(FIN=1，seq=u)，发送完毕后，客户端进入FIN_WAIT_1 状态
  2. 第二次挥手(ACK=1，ack=u+1,seq =v)，发送完毕后，服务器端进入CLOSE_WAIT 状态，客户端接收到这个确认包之后，进入 FIN_WAIT_2 状态
  3. 第三次挥手(FIN=1，ACK1,seq=w,ack=u+1)，发送完毕后，服务器端进入LAST_ACK 状态，等待来自客户端的最后一个ACK。
  4. 第四次挥手(ACK=1，seq=u+1,ack=w+1)，客户端接收到来自服务器端的关闭请求，发送一个确认包，并进入 TIME_WAIT状态， 等待了某个固定时间（两个最大段生命周期，2MSL，2 Maximum Segment Lifetime）之后，没有收到服务器端的 ACK ，认为服务器端已经正常关闭连接，于是自己也关闭连接，进入 CLOSED 状态。服务器端接收到这个确认包之后，关闭连接，进入 CLOSED 状态。

4. TCP挥手为什么需要四次呢？

举个例子吧!

★

小明和小红打电话聊天，通话差不多要结束时，小红说“我没啥要说的了”，小明回答“我知道了”。但是小明可能还会有要说的话，小红不能要求小明跟着自己的节奏结束通话，于是小明可能又叽叽歪歪说了一通，最后小明说“我说完了”，小红回答“知道了”，这样通话才算结束。

”

5. TIME-WAIT 状态为什么需要等待 2MSL

2MSL，2 Maximum Segment Lifetime，即两个最大段生命周期

★
  • 1个 MSL 保证四次挥手中主动关闭方最后的 ACK 报文能最终到达对端
  • 1个 MSL 保证对端没有收到 ACK 那么进行重传的 FIN 报文能够到达
”

6.TCP 和 UDP 的区别

  1. TCP面向连接（（如打电话要先拨号建立连接）;UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。
  2. TCP要求安全性，提供可靠的服务，通过TCP连接传送的数据，不丢失、不重复、安全可靠。而UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付。
  3. TCP是点对点连接的，UDP一对一，一对多，多对多都可以
  4. TCP传输效率相对较低,而UDP传输效率高，它适用于对高速传输和实时性有较高的通信或广播通信。
  5. TCP适合用于网页，邮件等;UDP适合用于视频，语音广播等
  6. TCP面向字节流，UDP面向报文

7. TCP报文首部有哪些字段，说说其作用

  • 16位端口号：源端口号，主机该报文段是来自哪里；目标端口号，要传给哪个上层协议或应用程序
  • 32位序号：一次TCP通信（从TCP连接建立到断开）过程中某一个传输方向上的字节流的每个字节的编号。
  • 32位确认号：用作对另一方发送的tcp报文段的响应。其值是收到的TCP报文段的序号值加1。
  • 4位头部长度：表示tcp头部有多少个32bit字（4字节）。因为4位最大能标识15，所以TCP头部最长是60字节。
  • 6位标志位：URG(紧急指针是否有效)，ACk（表示确认号是否有效），PSH（缓冲区尚未填满），RST（表示要求对方重新建立连接），SYN（建立连接消息标志接），FIN（表示告知对方本端要关闭连接了）
  • 16位窗口大小：是TCP流量控制的一个手段。这里说的窗口，指的是接收通告窗口。它告诉对方本端的TCP接收缓冲区还能容纳多少字节的数据，这样对方就可以控制发送数据的速度。
  • 16位校验和：由发送端填充，接收端对TCP报文段执行CRC算法以检验TCP报文段在传输过程中是否损坏。注意，这个校验不仅包括TCP头部，也包括数据部分。这也是TCP可靠传输的一个重要保障。
  • 16位紧急指针：一个正的偏移量。它和序号字段的值相加表示最后一个紧急数据的下一字节的序号。因此，确切地说，这个字段是紧急指针相对当前序号的偏移，不妨称之为紧急偏移。TCP的紧急指针是发送端向接收端发送紧急数据的方法。

8. TCP 是如何保证可靠性的

  • 首先，TCP的连接是基于 三次握手，而断开则是 四次挥手。确保连接和断开的可靠性。
  • 其次，TCP的可靠性，还体现在 有状态;TCP会记录哪些数据发送了，哪些数据被接受了，哪些没有被接受，并且保证数据包按序到达，保证数据传输不出差错。
  • 再次，TCP的可靠性，还体现在 可控制。它有报文校验、ACK应答、 超时重传(发送方)、失序数据重传（接收方）、丢弃重复数据、流量控制（滑动窗口）和拥塞控制等机制。

9. TCP 重传机制

超时重传

TCP 为了实现可靠传输，实现了重传机制。最基本的重传机制，就是超时重传，即在发送数据报文时，设定一个定时器，每间隔一段时间，没有收到对方的ACK确认应答报文，就会重发该报文。

这个间隔时间，一般设置为多少呢？我们先来看下什么叫RTT（Round-Trip Time，往返时间）。

RTT就是，一个数据包从发出去到回来的时间，即数据包的一次往返时间。超时重传时间，就是Retransmission Timeout ，简称RTO。

RTO设置多久呢？

  • 如果RTO比较小，那很可能数据都没有丢失，就重发了，这会导致网络阻塞，会导致更多的超时出现。
  • 如果RTO比较大，等到花儿都谢了还是没有重发，那效果就不好了。

一般情况下，RTO略大于RTT，效果是最好的。一些小伙伴会问，超时时间有没有计算公式呢?有的！有个标准方法算RTO的公式，也叫Jacobson / Karels 算法。我们一起来看下计算RTO的公式