TCP知识点汇总

TCP实现可靠传输的方式1、编号 2、确认机制 3、超时重传

TCP采用内核缓冲区，就是发送缓存和接收缓存，而UDP没有。

流量控制、拥塞控制

传输层的协议数据单元叫做报文段，TCP报文段、UDP报文段

网络层的协议数据单元叫做IP数据报

TCP面向字节流，只能实现点对点通信。

TCP提供可供交付、按序、不重复、不丢失、无差错。

TCP提供全双工通信。两端都设有发送缓存和接收缓存。

应用程序把数据发到发送缓存，TCP从发送缓存中取数据，构造TCP数据报。

TCP收到数据后把数据放到接收缓存中，然后应用程序从中来取数据。

。TCP对应用层的数据只看成是字节流，也即是一个一个字节，看不出其他类型或结构。

接收方的应用层数据必须有能力识别这种字节流，把它还原为有意义的应用层数据。

 

一个TCP数据报中的数据长度是由:1、对方的窗口值 2、网络的拥塞程度决定的。

而UDP报文的数据部分长度是应用程序给出的，也就是应用程序交给UDP多少数据，UDP一次性就发多少数据。

每一个TCP连接的两个端点是套接字Socket:IP+端口号，这个Socket和网络编程接口socket不一样。

超时重传的时间设置的过长会导致通信效率低下，设置的太短会导致不必要的重传，浪费网络资源.(网络资源主要是指带宽资源）

假如说A给B发送的确认报文丢失了，那么B会给A重传，那么A收到重传报文应该做什么呢？

答:1、丢弃这个重复的重传报文

     2、对B发送确认，仍要发送确认，因为B重传就是因为没收到确认报文。

自动重传请求，滑动窗口协议(TCP协议的精髓所在)，累计确认.

序号字段指的是本报文段发送的数据部分的第一个字节的序号，每一个字节都有序号，字节流的起始序号在连接建立时设置，通常是随机生成的，不是从0开始。

虽然序号会出现重复，但是实际上重复序号之间相差较大，当再次使用到这个序号时，上一个该序号早就通过网络到达终点了。

确认序号:表示希望对方下一个TCP报文段第一个字节的序号，如果确认序号是N，表示N-1之前所有序号都收到了。

数据偏移 4位，单位是4字节，就是TCP报文段的首部长度。

保留 6位 现在全部置为0

URG:紧急位，当该位为1，表示TCP报文段中有紧急数据，紧急指针有效，发送方就把紧急数据插入到本报文段数据的最前面。比如说突然要取消远程主机上某个程序的运行，用户在键盘上发出中断命令Control + C,如果不使用紧急数据，那么这两个数据存在接收缓存的末尾，那么得浪费好长时间，才会终止程序的运行。

ACK位:当ACK为1，确认序号才有效，事实上应该是除了三次握手的第一次之外，其他情况下TCP数据报的ACK字段都为1

PSH字段:表示尽快把这个报文段的数据交给应用程序。

RST位，TCP连接出现重大错误，需要先释放连接，再建立连接

SYN 位即同步位，三次握手的前两次，SYN置为1.

窗口值:2字节。指的是自己的接收窗口大小。因为每一端都有一个接收缓存和发送缓存，那么它就是告诉对方，自己的接收缓存还能接收多少数据。每一端有接收缓存和接收窗口、发送缓存和发送窗口。但是这个窗口值指的是自己的接收窗口。

检验和:TCP的检验和和UDP的检验和是一样:检测全部报文段(不像IP数据报只检查首部），在计算检验和时，要加上12字节的伪首部，采用的检验方式是:二进制反码求和。先把检验和全置为0，每16位作为一行，每两行求和，如果最高位进1，则加到末位，然后最后取反作为检验和。到了接收端也是一样，加上伪首部，也使用二进制反码求和，如果数据无误，则会全部为1.

伪首部:4B源IP+4B目标IP+1B全0填充+2B协议字段(TCP是6，UDP是17）+2B数据报长度

 

紧急指针: 2B,仅当紧急位为1的时候，紧急指针才有效。紧急指针指出了紧急数据的末尾在报文段中的位置，TCP会把紧急数据放到数据部分的最前面。当所有紧急数据处理完毕，TCP就告诉应用程序恢复到正常操作。值的注意的是:即使是窗口值为0，也可发送紧急数据。

MSS(maximum  segment size) TCP报文段数据字段的最大长度。 MTU，IP数据报中数据部分的最大长度

选项部分有时间戳选项:10B 最主要的是时间戳字段 4B 和时间戳回送回答字段 4B

目的1:计算往返时间RTT。自己发送TCP报文段的时候，把时间戳写入时间戳字段，接收方在确认报文中将当前时间戳写入时间戳回送回答字段，然后发送方接收到确认报文后，相减即可获得RTT.

目的2：防止序号绕回，使用1Gb/s的速率发送报文段，不到35秒序号就会重复，为了让接收方把新的报文段和迟到的报文段区分开，可以加上这种时间戳。

TCP的精髓:滑动窗口协议。

TCP连接的每一端都有接收缓存和发送缓存，以及接收窗口和发送窗口。

发送窗口大小由确认报文的窗口值和网络拥塞程度确定。

比如说确认报文的确认序号是501，表示序号500之前的字节全部收到了，然后窗口值是200，则发送窗口值就是200，暂不考虑网络拥堵程度。发送窗口的第一个字节的序号就是501。

1、发送窗口中的字节可以在未收到任何确认的情况下，全部发出去

2、没有收到任何确认，发送窗口不移动，收到确认后，发送窗口就向后移动。

接收窗口也会接收未按序到达的字节，等到之前序号的字节到达后，再一起交给应用程序。

滑动窗口协议可以起到流量控制的作用：窗口值的作用

但是有时候接口窗口为0，那么B主机向A主机发送的报文显示窗口值为0，称为零窗口报文。那么假如说A主机收到零窗口报文，就会停止发送数据，如果B主机又有了空余窗口，向A主机发送了一个新的窗口值不为0的报文，但是这个报文丢失了。那么就尴尬了。双方陷入死锁。那么此时需要一个持续计时器。一旦某个主机收到了一个零窗口报文，就开启持续计时器。等到持续计时器结束还没有收到非零窗口报文，就发送一个零窗口探测报文段，只携带一个字节的数据。如果B主机仍发的零窗口报文，说明就是零窗口，否则的话就解除死锁。

流量控制是端与端之间的(只是为了接收方来得及接收）。拥塞控制是整个网络有关的。

拥塞控制是为了防止过多数据注入网络，导致路由器和链路过载。

TCP拥塞控制的四种算法：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复。

 

发送端维持一个拥塞窗口。拥塞窗口的大小取决于网络拥堵程度，并且在动态变化着。

所以发送窗口的大小取决于拥塞窗口和窗口值。

慢开始:

拥塞窗口一开始是1个MSS,就相当于一个报文段，收到确认后拥塞窗口变为两个报文段，收到一个确认，就加1，如果第二轮全部收到确认，那么下一轮就是4个报文段。

慢开始门限ssthresh

拥塞窗口小于门限值，慢开始算法

拥塞窗口大于门限值，拥塞避免算法

拥塞窗口=门限值，两者都可以用。

无论是慢开始阶段还是在拥塞避免阶段，只要网络中出现阻塞(只要没有及时收到确认，那么就认为是网络出现阻塞）就把拥塞窗口设置为发送窗口的一半。然后重新开始慢开始(这样做的目的是使得迅速减少主机发送到网络中的分组数。使得发生拥塞的主机能够迅速把累积的分组处理完。

拥塞避免算法:由指数增长变为线性增长，每个轮次增长1个报文段。

快重传:当接收端收到失序报文，会对最后一个按序收到的字节进行三次重复确认。发送端收到三次重复确认报文会对后面的字节进行立即重传，而不是等到超时

快恢复：如果发送端能够收到三次重复确认说明网络没有阻塞，把慢开始门限减半，拥塞窗口设为门限值，然后开始拥塞避免算法。

传输控制块TCB存储了每个连接中一些重要的信息、如TCP连接表、发送和接收缓存的指针1.

SYN = 1的报文段不能携带数据，但是要消耗一个序号。

为什么要三次握手？两次不行吗？

答：这是为了防止失效的TCP连接请求报文.

考虑这种情况:如果A主机先向B发送了一个连接请求报文，丢失了。B主机没有确认，那么A主机就会再发一个请求报文。

这次B收到了，发了一个确认报文。如果两次就建立连接，假如某个时候，原来那个请求报文到了B主机，那么B会认为是一个新的请求，直接返回一个确认确认，如果两次握手，此时就建立连接了，并会等待A传输数据，B主机的资源被白白浪费。

而采用三次握手,A主机不会对B的确认进行确认，这样连接就不会建立

假如TCP连接的过程中，主机突然挂了，怎么办？

 

服务器中设有保活计时器(keepalive timer)，通常是2小时，当服务器每次重新接收到主机发来的数据，就重置保活计时器.若两小时内没有收到客户的数据，服务器就发送一个探测报文段，以后每隔75min发送一次，如果发了10个客户还没有响应。服务器就认为客户机除了故障，关闭这个连接。

为什么要三次握手？

答:问这个就是问为什么不是两次。主要还是为了防止失效的连接请求报文。

 

0-1023熟知端口号，1024-49151登记端口号 49152-65535客户端使用的端口号。

UDP是面向报文的。

IP数据报的最大长度是65535，减去IP头部和TCP头部就是TCP数据部分的最大值。

在连接释放的过程中，如果在收到客户机的FIN报文后，服务器主机也恰好没有数据要发送了，可以只发送一个FIN+ACK报文。

一些问题:

1、传输层的作用

答:提供应用程序端与端之间的逻辑通信。

2、哪些应用程序使用UDP

答:对时延要求高但是对质量要求不高、一对多通信(组播）(因为TCP只提供一对一通信）

3、如何使用UDP来实现可靠传输

答:在应用程序中提供与TCP相同的功能。UDP的主要问题在于它会存在部分数据报的丢失。因为UDP也有校验功能，所以我们认为只要是被接收了的，数据是没有差错的。

4、端口的作用:

答:端口的作用是标志应用进程、寻址应用进程

5、伪首部的作用:

答:计算校验和

6、应用程序包装成UDP数据报，再包装为IP数据报，能不能直接交付IP层，不经过UDP

答:不能。IP数据报提供的是主机寻址、报头检错。而UDP提供应用进程寻址和数据检错。

7、一个IP数据报将一个TCP数据报分成4片，第一个前两片丢失，第二次重传后后两个丢失，问:重传的前两片能不能和第一次传的后两片组合起来。

答:不能。IP数据报有标志字段，这个字段它不像TCP的序号字段起序号的作用，它唯一的作用就是用于分片，就判断哪些分片是属于同一个IP数据报。重传的IP数据报和原先的IP数据报的标志是不一样，它们的分片不能合并。

8、语音传输可以使用UDP吗？

答:如果不是实时语音服务可以使用TCP,但是实时的话，必须使用UDP.

9、A使用TCP给B发数据，某个TCP报文段到了B，B发出的确认报文丢失了，结果A并没有重传该报文，为什么？

答:因为A收到了B更高序号的确认。

10、不是因为网络拥塞导致的分组丢失

答:1、IP数据报进行了分片，最后一个分片没有及时到达终点、组装IP数据报超时、则只能丢弃该数据报。2、终点主机的缓存空间不够，丢弃该数据报