面试必考 | TCP 协议（第二弹）

敲黑板！！！

在软开岗的面试中，TCP的可靠性和TIME_WAIT状态是面试官进一步提问的不二选择！

小媛在面试中不止一次被问到，TCP的可靠性在一次笔试的简答题中也有出现过！

相关知识点

第一弹

a. TCP三次握手以及四次挥手过程描述；

b. 为什么要有三次握手和四次挥手；

第二弹

c. TIME_WAIT状态的描述以及作用；

d. TCP是通过哪些方式提供可靠性的？

第三弹

e. 拥塞控制与流量控制机制。

接上一篇

面试必考 | TCP 协议（第一弹）

在第二弹中，我将介绍第三点和第四点的内容。

01 TIME_WAIT 状态

关于TIME_WAIT你应该知道

TIME_WAIT：表示收到对方的FIN报文并发送了ACK报文后，等2MSL后即可回到CLOSED状态了。如果FIN_WAIT_1状态下，收到对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态。

首先要明确：执行主动关闭的那一端将会进入TIME_WAIT状态。该端停留在这一状态的持续时间为2MLS（MLS 最长生命分节期，是任何IP数据报在因特网中可以存留的最长时间）。

其次，我们要了解：分组在网络中“迷途”通常是路由异常的结果。某个路由器崩溃或者两个路由器之间的某个链接断开时，路由协议需要花费数秒到数分钟的时间才能稳定找出另一条通路。在这段时间内，可能发生路由循环（路由器A把分组发送给B，B又发送回给A），这种情况我们称之为迷途。

在迷途期间，发送端TCP超时并重传该分组，重传分组通过某路径到达目的地，而后不久（最多MSL秒）路由循环修复，早先迷失在这个循环中的分组最终也被送到目的地。这种分组被称之为重复分组或者漫游的重复分组，TCP必须要正确处理这些重复的分组。

TIME_WAIT状态为何存在

1. 可靠地实现了TCP全双工连接的终止

首先我们需要知道：当TCP向另一端发送数据时，他要求对端返回一个确认。如果在一定时间内没有收到确认，则会重发。

这里，对应于上图进行讲解。我们假设最终的ACK N+1 丢失，则服务器将会重新发送FIN N，因此客户端必须要维护状态信息，从而使它自己能够重新发送最终的那个ACK N+1。

如果没有了这个状态，当客户端第二次收到FIN时，会响应一RST（也是一种类型的TCP分节），会被服务器解释成一个错误。如果TCP打算执行所有必要的工作以彻底终止某个连接两个方向上的数据流（即全双工关闭），那么它必须要正确处理连接终止序列的4个分节中任何一个分节丢失的情况。

2. 允许老的重复分节在网络中的消逝

我们假设ip1:port1和ip2:port2 之间有一个TCP连接。我们关闭了这个链接，过一段时间后在相同IP和端口之间建立了另一个连接。TCP必须防止来自之前那个连接的老的重复分组在新连接上出现，出现误解的情况。

为了做到这一点，TCP将不复用处于TIME_WAIT状态的连接。2MSL的时间足以让某个方向上的分组存活MSL秒后被丢弃，另一个方向上的应答也最多存活MSL秒后被丢弃。

通过实施这个规则，就能保证，每成功建立一个TCP连接时，来自该连接先前化身的老的重复分组都已经在网络中消失了。

02 TCP如何保证可靠性

首先要讲一下，TCP也不能被描述成是100%可靠的协议，他提供的是数据的可靠递送或故障的可靠通知。

• 数据的合理分片与排序

TCP会按最大传输单元(MTU)合理分片。由 TCP传递给IP的信息单位称为报文段或段（segment）。既然TCP报文段作为 IP数据报来传输，而 IP数据报的到达可能会失序，因此 TCP报文段的到达也可能会失序。如果必要，TCP将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层。

• 超时及重传机制

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。

TCP含有用于动态估算客户和服务器之间往返时间的（RTT）算法，以便它知道等待一个确认需要多长时间。（一般来说，RTT在一个局域网上大概需要几毫秒，跨越一个广域网大约需要数秒钟。另外，RTT还会会受到网络流通等各种因素的影响，TCP会持续估算一个给定连接的RTT）

• 数据校验

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（希望发端超时并重发）。

• 由于IP数据报会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据。

• 提供流量控制机制

TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。

• 提供拥塞控制机制

当网络拥塞时，通过拥塞窗口，减少数据的发送，防止包丢失。

• 经受时延的确认（Delay ACK）

当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认响应。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒，以便将ACK与需要沿该方向发送的数据一起发送（有时称这种现象为数据捎带ACK）。绝大多数实现采用的时延为 200ms也就是说，TCP将以最大200ms的时延等待是否有数据一起发送，从而减少拥塞的可能性。

单个字节发送的缺点是什么？

每次只发送一个字节的数据，那么在网络中很有可能充斥着许多41字节长的分组（20的IP包首部，20的TCP包首部，1字节的数据），过多的这种小分组则会增加拥塞的可能性。

（这里的话，我在查资料的过程中，发现有些博客里认为：之所以推迟，可能是要对包做完整校验）欢迎后台留言讨论哦！

本文参考书籍主要为：《TCP/IP 详解 卷一：协议》、《UNIX网络编程卷1：套接字联网API》

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作者：西瓜媛

编辑：西瓜媛

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