TCP 常见面试题速查

Cellinlab

发布于 2023-05-17 15:51:52

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# TCP 的特性

TCP 提供一种面向连接的、可靠的字节流服务
在一个 TCP 连接中，仅有两方法进行彼此通信。广播和多播不能用于 TCP。
TCP 使用校验和，确认和重传机制来保证可靠传输
TCP 给数据分节进行排序，并使用累计确认保证数据的顺序不变和非重复
TCP 使用滑动窗口机制来实现流量控制，通过动态改变窗口的大小进行拥塞控制

# TCP 和 UDP 的区别

协议	连接性	双工性	可靠性	有序性	有界性	拥塞控制	传输速度	量级	头部大小
TCP	面向连接	全双工（1:1）	可靠(重传机制)	有序（通过SYN排序）	无，有粘包情况	有	慢	低	20~60字节
UDP	无连接	n:m	不可靠（丢包后数据丢失）	无序	有消息边界，无粘包	无	快	高	8字节

# TCP 粘包是什么，如何处理

默认情况下，TCP 连接会启用延迟算法（Nagle 算法），在数据发送之前缓存他们，如果短时间有多个数据发送，会缓冲到一起作一次发送，以此减少 IO 消耗提高性能

如果是传输文件的话，不需要处理粘包问题，来一个拼一个包即可。但是如果还是多条消息，或者别的用途的数据就需要处理粘包。

常见的解决方案有：

多次发送之前间隔一个等待时间
关闭 Nagle 算法
进行封包/拆包

# 为什么 UDP 不会粘包

TCP 是面向流的协议，UDP 是面向消息的协议
UDP 段是一条消息，应用程序必须以消息为单位提取数据，不能一次提取任意字节的数据
UDP 具有保护消息边界，在每个 UDP 包中就有了消息头（来源地址，端口等信息），对于接收端来说就容易进行区分处理。传输协议把数据当做一条独立的消息在网上传输，接收端只能接收独立的消息。接收端一次只能接收发送端发出的一个数据包，如果一次接受数据的大小小于发送端一次发送的数据大小，就会丢失一部分数据，即使丢失，接收端也不会分两次去接收。

# 常用端口与对应的服务

端口	作用说明
21	主要用于 FTP（File Transfer Protocol）服务
23	主要用于 Telnet（远程登录）服务，是 Internet 上普遍采用的登录和仿真程序
25	为 SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）服务器所开放，主要用于发送邮件，如今大多数邮件服务都使用该协议
53	为 DNS （Domain Name Server）服务器所开放，主要用于域名解析，DNS 服务在 NT 系统中使用地最为广泛
67、68	分别是为 Bootp 服务的 Bootstrap Protocol Server（引导程序协议服务端）和 Bootstrap Protocol Client（引导程序协议客户端）开放的端口
69	TFTP 是 Cisco 公司开发的一个简单文本传输协议，类似于 FTP
79	为 Finger 服务开放的，主要用于查询远程主机在线用户、操作系统类型以及是否缓冲区溢出等用户的详细信息
80	为 HTTP 开放，主要用于在 WWW 服务上传输信息的协议
99	用于一个名为“Metagram Relay”（亚对策延时）服务
109、110	109 为 POP2（Post Office Protocol Version 2）服务开放，110 为 POP3 服务开放，二者主要用于接收邮件
111	SUN 公司的 RPC（Remote Procedure Call）服务所开放的端口，主要用于分布式系统中不同计算机的内部进程通信，RPC 在多种网络服务中都是很重要的组件
113	主要用于 Windows 的“Authentication Service”(验证服务)
119	为 “Network News Transfer Protocol”（网络新闻组传输协议，NNTP）开放
135	主要用于使用 RPC（Remote Procedure Call，远程过程调用）协议，并提供 DCOM （分布式组件对象模型）服务
137	主要用于“NetBIOS Name Service”服务
139	为“NetBIOS Session Service”提供的，主要用于提供 Windows 文件和打印机共享以及 Unix 中的 Samba 服务
143	主要用于“Internet Message Access Protocol V2”（Internet 消息访问协议，简称 IMAP）
161	用于“Simple Network Management Protocol”（简单网络管理协议，简称 SNMP）
443	即网页浏览端口，主要是用于 HTTPS 服务，是提供加密和通过安全端口传输的另一种 HTTP
554	默认情况下用于“Real Time Streaming Protocol”（实时流协议，RTSP）
1024	一般不固定分配给某个服务，Reserved（保留）
1080	Socks 代理服务使用的端口
1755	默认用于“Microsoft Media Server”（微软媒体服务器，MMS）
4000	为 QQ 客户端开放的端口，QQ 服务端使用的端口是 8000
5554	一种针对微软 Isass 服务的新蠕虫病毒，利用 TCP 5554 端口开启一个 FTP 服务，主要用于病毒的传播
5632	远程控制软件 pcAnywhere 所开启的端口
8080	同 80 端口，被用于 WWW 代理服务，可以实现网页

# OSI 七层模型

# TCP 连接建立的三次握手

建立一个 TCP 连接时，需要客户端和服务器总共发送 3 个包。

三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立 TCP 连接，并同步连接双方的序列号和确认号，交换 TCP 窗口大小信息。在 socket 编程中，客户端执行 coonect() 时，将触发三次握手。

第一次握手（SYN = 1，seq = x）
- 客户端发送一个 TCP 的 SYN 标志位为 1 的包，指明客户端打算连接的服务器端口，以及初始序号 X，保存在包头的序列号（Sequence Number）字段里
第二次握手（SYN = 1， ACK = 1，seq = y，ACKnum = x + 1）
- 服务器发回确认包（ACK）应答。即 SYN 标志位和 ACK 标志位均为 1。服务器端选择自己 ISN 序列号，放到 Seq 域里，同时将确认序号（Acknowledgement Number）设置为客户的 ISN 加 1，即 X + 1。发送完毕后，服务器端进入 SYN_RCVD 状态。
第三次握手（ACK = 1， ACKnum = y + 1）
- 客户端再次发送确认包（ACK），SYN 标志位为 0，ACK 标志位为 1，并且把服务器发来 ACK 的序号字段 +1，放在确认字段中发送给对方，并且在数据段放写 ISN 的 +1。发送完毕后，客户端进入 ESTABLISHED 状态，当服务器端接收这个包时，也进入 ESTABLISHED 状态，TCP 握手结束。

# TCP 连接断开的四次挥手

TCP 的连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次挥手（Four-way handshake），也叫做改进的三次握手。

客户端或服务器均可主动发起挥手动作，在 socket 编程中，任何一方执行 close() 操作即可产生挥手操作。

第一次挥手（FIN = 1， seq = x）
- 假设客户端想要关闭连接，客户端发送一个 FIN 标志位为 1 的包，表示自己已经没有数据可以发送了，但是仍然可以接受数据。发送完毕后，客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。
第二次挥手（ACK = 1， ACKnum = x + 1）
- 服务器端确认客户端的 FIN 包，发送一个确认包，表明自己接受到了客户端关闭连接的请求，但还没有准备好关闭连接。发送完毕后，服务器端进入 CLOSE_WAIT 状态，客户端接收到这个确认包之后进入 FIN_WAIT_2 状态，等待服务器端关闭连接。
第三次挥手（FIN = 1， seq = y）
- 服务器端准备好关闭连接时，向客户端发送结束连接请求，FIN 置为 1。发送完毕后，服务器端进入 LAST_ACK 状态，等待来自客户端的最后一个 ACK。
第四次挥手（AKC = 1， ACKnum = y + 1）
- 客户端接收到来自服务器端的关闭请求，发送一个确认包，并进入 TIME_WAIT 状态，等待可能出现的要求重传的 ACK 包。服务器端接收到这个确认后，关闭连接，进入 CLOSED 状态。客户端等待了某个固定时间（两个大段生命周期，2MSL，2 Maximum Segment Lifetime）之后，没有收到服务器端的 ACK，认为服务器端已经正常关闭连接，于是自己也关闭连接，进入 CLOSED 状态。