网络编程面试题（一）三握四挥拥塞控制

最新推荐文章于 2025-02-10 22:41:31 发布

weixin_42111061

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TCP

一个面向连接的，可靠的传输协议

一,socket与tcp协议栈之间的关联

三次握手：

1，客户端连接服务器：
服务端此时处于listen状态，客户端发送：
syn和序列号seq12345.
2,服务器回应客户端:
确认ack和acknum=12346
syn和seq-3214
3，客户端回应服务器
ack和acknum=3215
在这里插入图片描述
acknum:表示这个数字以前的全部确认完成。
客户端与服务器在这个过程中总共产生两次交互。

第一次交互：

服务端侧会形成一个syn队列，队列上会生成一个tcb节点，而这个节点会存在于tcp的整个生命周期，它包含了send_buffer和receive_buffer。服务端每服务一个客户端，就会生成一个这样的tcb节点。

第二次交互：

服务端会生成一个accept队列，在syn队列中寻找刚刚连接的tcb，并把它放到accept队列。
在这里插入图片描述
此时三次握手结束，开始调用accept（）函数，这个函数不是复制，而是从accept队列中，取出一个三次握手完成的节点，并且为这个节点分配一个socket（clientfd）。

那socket是如何从syn队列中找到最新连接的tcb呢？是通过寻找五元组的方式找到tcb的：
哪五元：（源IP，目的IP，源端口、目的端口、协议）
(sip,dip,sport,dport,proto)
源端口目的端口，都是端口号，端口号：0~65535

调用send()时：buffer->tcb.sendbuffer//把用户空间的数据放到tcb的sendbuffer中。
调用receive()时：tcb.receivebuffer->buffer//与send()相反

三次握手成功后，会开辟资源，在内核中维护两个队列——发送队列和接受队列。这些资源只给连接使用。

TCP如何保证顺序传输

那么如何确定包到没到呢？
延迟ACK：
每收到一个包，就会启动一个定时器，在定时周期之内，如果有新的包到了，就重置定时器。
假如：
1号包到了，2号包到了，5号包到了，10号包到了，其他的包都没有到。这个时候，定时器超时了。

此时：
会回哪个ACK呢？
会回一个3号包的ACK，也就是说，2号包以后，全部重传。

TCP的拥塞控制算法

1，慢开始 2，拥塞避免 3，快重传 4，快恢复

通过三次握手计算出RTT。
RTT=0.9RTT0+0.1RTT1
下一次是RTT的时间依赖于前两次的RTT数值。
***慢启动：***先发送一个包，如果在RTT内回来了，下次发送2个包。如果这两个包还在RTT内回来，下次就发4车依次类推。
如果发了32车，没有在RTT内回来，则回到之前的一半，从24开始，如果24包在RTT内回复，则发28个，没达到，则发20个。（每次发送方收到确认后啊，拥塞窗口加倍，指数增长）
***拥塞避免：***每个传输轮次，拥塞窗口线性加一，如果报文段的重传计时器超时了，那么将重置拥塞窗口和阈值，重新开始慢开始算法。
***快重传：***（有时个别报文段会丢失，但实际上网络并没有拥塞，会导致发送方超时重传，并误认为网络拥塞了，此时又重回慢开始状态，从而降低了传输效率）。
当接收端收到比期望序号更大的报文段时，会重复发送最近一次确认的报文段的确认信号。比如ACK2丢了，每次接受到新的包都会回复ACK2。如果接收端连续收到4个（1个正常3个冗余）的ACK，则重发对应的ACK。
在这里插入图片描述
应用实例。

在这里插入图片描述
快恢复：
和快重传配对使用：如果发送方收到了3个重复确认，就知道现在只是丢失了个别的报文段，于是不启动慢开始算法，而是执行快恢复算法：发送窗口不重置成1，而是一个阈值ssthresh，这个阈值是最大窗口的二分之一。
在这里插入图片描述

四次挥手

在这里插入图片描述

一方主动释放，另一方被动释放：客户端和服务端都可以发起释放。
发送方：发FIN=1，seq=u（发出释放连接报文，并停止发送数据，进入FIN-WAIT-1）
接受方：回ACK=1，seq=v，ack=u+1（发出确认报文ACK和ack=u+1，带上自己的序列号seq，进入ClOSE—WAIT）
发送方：收到接收方确认，进入FIN-WAIT2（终止等待2）状态
接收方：发送完最后的数据，向发送方发送释放连接的报文FIN=1，ACK=1，seq=w，ack=u+1
发送方：发出确认，ACK=1，ack=w+1，seq=u+1，进入TIME-WAIT状态，经过2MSL（最长报文段寿命），客户端撤销TCB，进入关闭状态。
接收方：接收到了发送方的确认，进入关闭状态。

TIME_WAIT的作用：防止最后发送回去的包丢失。如果接收方没有接收到ACK，就会一直回发FIN。所以发送方不能立刻关闭，他必须确认接收方收到了该ACK，如果在该时间内再次收到FIN，那么发送方会重发ACK并再次等待2MSL，MSL就是一个发送和回复所需的最大时间，如果2MSL之后，发送方都没有再次收到FIN，那么发送方会判断ACK已经被成功接收，并断开连接。