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自行车Z
编辑于 2021-01-27 14:30
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[搞定面试] 计网之传输层

搞定面试系列每两天会更一期,包含 计网,操作系统,数据库,java等等。小伙伴们可以看这个梳理主干知识+面经补充遗落的知识点
牛客不知道怎么搞目录,CSDN是有目录的:
https://blog.csdn.net/qq_45021207/article/details/113184737

前言

各种知识多而且容易遗忘,还不容易复习。最好的方法当然是自己给自己提问,不断补缺查漏,缺什么补什么。本文将各类知识归类,并将全文知识点浓缩在自问自查中,并且都写好目录,自问自查时可以随时跳转过去,方便大家系统的学习复习知识。 水平有限,有错误敬请指正

食用方法
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无限循环


自查自问

1. TCP/IP的数据报 格式内容
2. UDP和TCP的区别
3. 三次挥手四次握手
4. 流量控制,拥塞控制 的方法
5. 拆包和粘包
6. 

TCP/IP数据报

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TCP报文段首部中,“窗口大小”字段通常用于告知对方自己的能够接受的数据量大小。窗口本质就是一个缓冲区buffer,该字段的值用于告知对方自己剩余的可用缓冲区大小。在每一个TCP报文段中都会通过“窗口”字段告知对方自己的所能接收数据的大小。窗口大小通常用滑动窗口流量控制。
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UDP和TCP的区别

1.TCP面向连接,UDP面向无连接
2.TCP提供可靠传输,UDP不可靠
3.TCP速度慢,UDP快
4.TCP对系统资源要求多(头部开销大),UDP协议要求少
5.UDP可以广播,TCP时一对一的
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三握四挥

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1)客户端进程发出连接释放报文,并且停止发送数据。释放数据报文首部,FIN=1,其序列号为seq=u(等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1),此时,客户端进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态。 TCP规定,FIN报文段即使不携带数据,也要消耗一个序号。
2)服务器收到连接释放报文,发出确认报文,ACK=1,ack=u+1,并且带上自己的序列号seq=v,此时,服务端就进入了CLOSE-WAIT(关闭等待)状态。TCP服务器通知高层的应用进程,客户端向服务器的方向就释放了,这时候处于半关闭状态,即客户端已经没有数据要发送了,但是服务器若发送数据,客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间,也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
3)客户端收到服务器的确认请求后,此时,客户端就进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态,等待服务器发送连接释放报文(在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据)。
4)服务器将最后的数据发送完毕后,就向客户端发送连接释放报文,FIN=1,ack=u+1,由于在半关闭状态,服务器很可能又发送了一些数据,假定此时的序列号为seq=w,此时,服务器就进入了LAST-ACK(最后确认)状态,等待客户端的确认。
5)客户端收到服务器的连接释放报文后,必须发出确认,ACK=1,ack=w+1,而自己的序列号是seq=u+1,此时,客户端就进入了TIME-WAIT(时间等待)状态。注意此时TCP连接还没有释放,必须经过2∗∗MSL(最长报文段寿命)的时间后,当客户端撤销相应的TCB后,才进入CLOSED状态。
6)服务器只要收到了客户端发出的确认,立即进入CLOSED状态。同样,撤销TCB后,就结束了这次的TCP连接。可以看到,服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

常见面试题
【问题1】为什么连接的时候是三次握手,关闭的时候却是四次握手?

答:因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后,可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的,SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时,当Server端收到FIN报文时,很可能并不会立即关闭SOCKET,所以只能先回复一个ACK报文,告诉Client端,"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了,我才能发送FIN报文,因此不能一起发送。故需要四步握手。

【问题2】为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态?

答:虽然按道理,四个报文都发送完毕,我们可以直接进入CLOSE状态了,但是我们必须假象网络是不可靠的,有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在Client发送出最后的ACK回复,但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK,将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭,它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器,等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN,那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间,2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL,Client都没有再次收到FIN,那么Client推断ACK已经被成功接收,则结束TCP连接。

【问题3】为什么不能用两次握手进行连接?

答:3次握手完成两个重要的功能,既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好),也要允许双方就初始序列号进行协商,这个序列号在握手过程中被发送和确认。

   现在把三次握手改成仅需要两次握手,死锁是可能发生的。作为例子,考虑计算机S和C之间的通信,假定C给S发送一个连接请求分组,S收到了这个分组,并发 送了确认应答分组。按照两次握手的协定,S认为连接已经成功地建立了,可以开始发送数据分组。可是,C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下,将不知道S 是否已准备好,不知道S建立什么样的序列号,C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下,C认为连接还未建立成功,将忽略S发来的任何数据分 组,只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后,重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

【问题4】如果已经建立了连接,但是客户端突然出现故障了怎么办?

TCP还设有一个保活计时器,显然,客户端如果出现故障,服务器不能一直等下去,白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器,时间通常是设置为2小时,若两小时还没有收到客户端的任何数据,服务器就会发送一个探测报文段,以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应,服务器就认为客户端出了故障,接着就关闭连接。
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流量控制,拥塞控制

拥塞控制和流量控制

流量控制:如果发送方把数据发送得过快,接收方可能会来不及接收,这就会造成数据的丢失。

TCP的流量控制是利用滑动窗口机制实现的,接收方在返回的数据中会包含自己的接收窗口的大小,以控制发送方的数据发送。

拥塞控制:拥塞控制就是防止过多的数据注入到网络中,这样可以使网络中的路由器或链路不致过载。

两者的区别:流量控制是为了预防拥塞。如:在马路上行车,交警跟红绿灯是流量控制,当发生拥塞时,如何进行疏散,是拥塞控制。流量控制指点对点通信量的控制。而拥塞控制是全局性的,涉及到所有的主机和降低网络性能的因素。

发送方控制拥塞窗口的原则是:只要网络没有出现拥塞,拥塞窗口就再增大一些,以便把更多的分组发送出去。但只要网络出现拥塞,拥塞窗口就减小一些,以减少注入到网络中的分组数。

拥塞解决的两种方法:

慢开始+拥塞避免
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一开始的慢开始算法的指数增长是很恐怖的,所以为了防止拥塞窗口增长过快需要设置一个门限ssthresh

无论在慢开始阶段还是在拥塞避免阶段,只要发送方没有收到确认,就认为这时候拥塞了。

1.就要把慢开始门限设置为此时窗口值的一半

2.然后把拥塞窗口重新设置为1,执行慢开始算法。

快重传+快恢复
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快重传要求接收方在收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认

如果没有快速重传和快速恢复,TCP将会使用定时器来要求传输暂停。在暂停这段时间内,没有新的数据包被发送。所以快速重传和快速恢复旨在快速恢复丢失的数据包, 而不必等待M3的重传计时器到期。

快重传的机制还是比较好理解的,如图所示,接收方发现M3丢失,则立即发送对M2的重复确认。一旦发送方一连收到三个M2的重复确认就应当立即重传M3,也就是发送方收到第四个对M2的确认时。

与快重传配合使用的还有快恢复算法,结合上图的实例来分析,其过程有以下两个要点。

1.当发送方连续收到三个重复确认时,就把门限减半。

2.考虑到如果网络出现拥塞的话就不会收到好几个重复的确认,所以发送方现在认为网络可能没有出现拥塞。所以此时不执行慢开始算法,而是将拥塞窗口设置为门限的大小,然后执行拥塞避免算法(加法)。
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拆包粘包?

* TCP是基于字节流的,虽然应用层和TCP传输层之间的数据交互是大小不等的数据块,但是TCP把这些数据块仅仅看成一连串无结构的字节流,没有边界;
* 

从TCP的帧结构也可以看出,在TCP的首部没有表示数据长度的字段

基于上面两点,在使用TCP传输数据时,才有粘包或者拆包现象发生的可能。
一个数据包中包含了发送端发送的两个数据包的信息,这种现象即为粘包
接收端收到了两个数据包,但是这两个数据包要么是不完整的,要么就是多出来一块,这种情况即发生了拆包和粘包
如何解决?
1、发送端给每个数据包添加包首部,首部中应该至少包含数据包的长度,这样接收端在接收到数据后,通过读取包首部的长度字段,便知道每一个数据包的实际长度了。
2、发送端将每个数据包封装为固定长度(不够的可以通过补0填充),这样接收端每次从接收缓冲区中读取固定长度的数据就自然而然的把每个数据包拆分开来。
3、可以在数据包之间设置边界,如添加特殊符号,这样,接收端通过这个边界就可以将不同的数据包拆分开。

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