计网 TCP

真的没有名字取了

已于 2022-04-08 22:19:17 修改

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文章标签： swift

于 2022-03-23 13:50:12 首次发布

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为什么计算机网络要分层，有什么好处

1.各层次之间是独立的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间的接口所提供的服务。这样，整个问题的复杂程度就下降了。也就是说上一层的工作如何进行并不影响下一层的工作，这样我们在进行每一层的工作设计时只要保证接口不变可以随意调整层内的工作方式。

2.灵活性好。当任何一层发生变化时，只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下层均不受影响。当某一层出现技术革新或者某一层在工作中出现问题时不会连累到其它层的工作，排除问题时也只需要考虑这一层单独的问题即可。

3.结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现。技术的发展往往不对称的，层次化的划分有效避免了木桶效应，不会因为某一方面技术的不完善而影响整体的工作效率。

4.易于实现和维护。这种结构使得实现和调试一个庞大又复杂的系统变得易于处理，因为整个的系统已经被分解为若干个相对独立的子系统。进行调试和维护时，可以对每一层进行单独的调试，避免了出现找不到、解决错问题的情况。

5.能促进标准化工作。因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明。标准化的好处就是可以随意替换其中的某一层，对于使用和科研来说十分方便。

为什么需要TCP协议

TCP实现网络中的可靠传输，工作在运输层，其功能包括重传（超时重传，快速重传），拥塞控制，流量控制，滑动窗口，差错检测。

TCP，UDP的头部格式

TCP报文段头部最少20个字节，最大60字节，可变长度（原端口，目的端口，首部检验和，六个标志位，序列号，确认号，fin,syn,ack,rst，窗口大小），UDP固定8字节（原端口，目的端口，头部检验和，头部+数据的总长度）

如何唯一确定一个TCP连接

四元组（原IP，原端口，目的IP，目的端口）

TCP最大连接数

端口数*IP地址数量

TCP和UDP的区别

首部长度不同，TCP面向字节流，一个字节一个字节发，UDP面向报文，一个报文一个报文发，UDP一般不分段，基本都比MSS小，防止出现一个错误全部重传，而且UDP也没有拥塞控制和流量控制，是不可靠传输。

为什么说TCP报文段是面向字节流的，UDP包是面向数据报的？

面向报文的传输方式是应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个报文。因此，应用程序必须选择合适大小的报文。若报文太长，则IP层需要分片，降低效率。若太短，会使IP太小。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。这也就是说，应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个报文。

虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块（大小不等），但TCP把应用程序看成是一连串的无结构的字节流。TCP有一个缓冲，当应用程序传送的数据块太长，TCP就可以把它划分短一些再传送。如果应用程序一次只发送一个字节，TCP也可以等待积累有足够多的字节后再构成报文段发送出去。

在TCP建立连接前两次握手的SYN报文中选项字段的MSS值，通信双方商定通信的最大报文长度。如果应用层交付下来的数据过大，就会对数据分段，然后发送；否则通过滑动窗口协议来控制通信双发的数据。

TCP三次握手

第一次：客户端将标识位的SYN置1，表示这是一个连接请求报文，生成一个随机序列号X，发送给服务器端。

第二次：服务器接收到客户端的请求连接，也生成一个随机序列号Y，将ACK和SYN置1，表示确认号有效，ack为X+1

第三次：客户端接收到服务器的应答报文，将SYN，ACK置1，ack为Y+1，第三次握手可以携带数据了。

为什么是3次握手

首先，假如是2次的话，客户端第一次发送一个序列号为100的请求，如果网络拥堵导致超时，服务器端没收到。客户端又重传了一个序列号为101的请求报文，这个时候序列号为100的报文又来到了服务器端并被接受了，导致服务器建立了一个过时的连接，而因为是2次握手，握手过程结束了，客户端开始发送消息，但是服务器端的ack和客户端发送的seq不一致，浪费了资源。

如果是3次的话就可以检测出这种错误，客户端可以根据第二次握手的ack号来确认服务器端是不是建立了一个过时的连接。

4次没必要，3次就能够保证安全的建立连接了。

四次挥手过程

客户端将FIN置为1，表示断开请求报文，服务器端接受到之后回应一个ACK报文，将ACK置1。然后服务器可能有数据没有处理完，有一个close_wait等待时间，数据处理完后，再发送一个FIN置1的报文给客户端，客户端回应一个ACK报文，然后等待2MSL再断开客户端的连接，服务器在收到第四次挥手的报文之后立刻断开连接。

为什么是4次挥手

因为服务端在收到客户端的FIN报文后，可能还有数据要处理和发送，这个时候不能马上断开，所以要把服务端的ACK和FIN分开发送。三次握手的时候，第二次握手把ACK和连接两次放一块了，断开不能放一块。

为什么TCP要分片MSS

因为一个TCP连接如果不分片的话，当数据报里面出现了错误，TCP会重传整个报文，浪费了资源，但是分片的话，只会重传出错的一片。

SYN攻击

服务器有一个SYN队列和一个accept队列，首先将请求置入到SYN队列，然后服务器发送回应报文，收到客户端的第三次握手报文之后，再将SYN请求放入accept队列，再由程序从accepy队列取出数据进行解析渲染。如果一个攻击人一直向服务器发送SYN请求报文，导致SYN队列总是满的，而且不回应服务器端的响应，导致服务器一直处于等待状态，而真正需要请求的客户端就请求不到数据。

为什么有close_wait和time-wait

前者：被动方收到请求断开连接方的FIN报文后可能还有数据没有处理完，需要等待数据处理完成再发送断开连接报文。这个等待时间就是close_wait

后者：第四次挥手之后，如果对方未接受到第四次挥手，就一直处于等待状态，不能及时断开浪费资源，而这个时候主动方又关闭了连接，无法重传第四次挥手。所以等待2MSL（一个报文在网络中的最大生存时间）如果超过2MSL还没有接收到错误信息，再关闭。

重传机制

实现这个功能基于发送-应答模式，服务器每次接受到数据之后会发送一个请求应答报文，通过应答报文可以实时检测发送数据的正确性。比如客户端发送了序列号1-100的字节，则服务器的ack的序列号应该为101，如果不是101则代表出现了差错，并进行重传。

超时重传：发送数据的时候设置一个定时器，当超过定时器的时间收不到应答报文的时候，进行重传。

RTT表示一个报文从一端到另一端的往返时间。