【面试点】TCP为什么是安全可靠的传输协议

本文详细解析了TCP为何是安全可靠的传输协议,通过三次握手确保连接建立,四次挥手完成连接关闭。介绍了TCP的校验和、流量控制、拥塞控制等机制,并对比了TCP与UDP的区别。同时,解释了三次握手的必要性和四次挥手的原因,以确保双方数据传输的完整性和连接的正确关闭。

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一 面试问题

1.1 TCP为什么是安全可靠的传输协议

👨‍💻面试官:TCP为什么是安全的

🙋:因为TCP

  • 数据传输之前会有三次握手来进行连接
  • 在数据传输时候,有确认、滑动窗口、超时重传、拥塞控制之类机制
  • 数据传输之后会进行四次挥手断开连接来节约系统资源。

具体

  1. 应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块
  2. TCP 给发送的每一个包进行编号,接收方对数据包进行排序,把有序数据传送给应用层。
  3. 校验和: TCP 将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和,目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错,TCP 将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段。
  4. TCP 的接收端会丢弃重复的数据。
  5. 利用滑动窗口实现流量控制: TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间,TCP 的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据,能提示发送方降低发送的速率,防止包丢失。TCP 使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。 (TCP 利用滑动窗口实现流量控制)
  6. 拥塞控制: 当网络拥塞时,减少数据的发送。
  7. ARQ 协议: 也是为了实现可靠传输的,它的基本原理就是每发完一个分组就停止发送,等待对方确认。在收到确认后再发下一个分组。
  8. 超时重传: 当 TCP 发出一个段后,它启动一个定时器,等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认,将重发这个报文段。

二 补充点

2.1 为什么要三次握手?

三次握手的目的建立可靠的通信信道。通俗来说是确认双方的发送和接收正常。

  • 第一次握手(客户端发送标有SYN的数据包):客户端什么都不能确认;服务端确认了对方发送正常,自己接收正常。
  • 第二次握手(服务端发送标有SYN/ACK的数据包):客户端确认自己发送、接收正常,对方发送、接收正常;服务端确认对方发送正常,自己接收正常。
  • 第三次握手(客户端发送标有ACK的数据包给服务端):客户端确认自己发送、接收正常,对方发送、接收正常;服务端确认自己发送、接收正常,对方发送、接收正常。

因此三次握手后就能确认双方的发送和接收功能都正常。

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2.2 为什么要四次挥手?

因为就像两个人打电话一样,在一方说完后,不能立马挂掉电话,另一方可能还有话要说。当双方都确认对方都没有数据要发送的时候,才能够完全断开TCP连接。

TCP四次挥手

四次挥手过程:

  • 第一次挥手(客户端发送一个FIN到服务器):客户端用来告知服务端自己要关闭数据传送
  • 第二次挥手(服务端接收到FIN,并返回一个ACK,确认序号为收到的序号加1):服务端告诉客户端我收到了
  • 第三次挥手(服务端关闭客户端的连接,发送一个FIN给客户端):服务端告诉客户端我也没有话要说了准备关闭
  • 第四次挥手(客户端发回ACK报文确认,并将确认序号设置为收到序号加1):客户端告知服务端我收到了,然后完全关闭TCP连接。

任何一方都可以在数据传送结束后发出主动关闭的通知,等对方确认后进入半关闭状态,当对方也没有数据发送的时候,就发出连接释放的通知,主动关闭方确认后就完全关闭TCP连接

举个例子:A和B两人通话。通话即将结束。A说:”我没有要说的了“。B说:“我知道了”。然后B开始想还有什么要说的,如果没有要说的话,B说:“我也没有什么要说的了”。等到A说:“知道了,那结束通话了"。此时通话才算结束。

2.3 TCP, UDP 协议的区别

TCP、UDP协议的区别

UDP在传送数据前不需要建立连接,因此不能提供可靠支付,但是常用与即时通信(如QQ通话、直播等)

TCP在传送数据之前必须建立连接,数据传输结束后需要释放连接(三次握手,四次挥手)。因此增加了如确认,流量控制,计时器以及连接管理等开销。仅使协议数据单元的首部增大很多,还要占用许多处理机资源。因此常用与文件传输、发送和接收邮件、远程登录等场景。

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