TCP学习笔记

最近面试，问TCP被问住了，感觉背八股背了印象不深刻，还是总结一些比较好。

如果有写错的，欢迎批评指正。

参考：https://www.xiaolincoding.com/network/3_tcp/tcp_interview.html#tcp-%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E8%AE%A4%E8%AF%86

TCP的基本概念

TCP：面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

TCP连接：socket（IP和端口号）、序列号（解决乱序问题）、窗口大小（流量控制）。

唯一确定TCP连接：源地址、源端口、目标地址、目标端口。

TCP数据包包含的信息：源端口目标端口、序列号确认应答号、ACK/RST/SYN/FIN，首部长度/校验和，窗口大小。

IP层IP数据包最大长度MTU为1500字节。
除去IP和TCP头部外TCP数据的最大长度MSS。
IP层不能重传，只能在TCP层重传，如何在IP层分片，一个分片丢失所有分片都要重传。

TCP的连接建立

1. 服务端listen进入LISTEN阶段。
2. 第1次握手：客户端发送SYN和序列号，进入SYN_SENT阶段。
3. 第2次握手：服务端发送SYN，以及与收到客户端SYN对应的响应ACK，进入SYN_RCVD
4. 第3次握手：客户端发送与收到与服务端SYN对应的ACK，进入ESTABLISHED
5. 连接成功建立：服务端收到ACK，进入ESTABLISHED

常见问题

为什么要3次握手：

• 阻止历史连接：2次握手，服务端没有中间状态给客户端来阻止历史连接（发出但已经被客户端放弃的SYN，不是相同SYN重传），服务端为已被客户端放弃的旧SYN建立连接，进行第2次握手同时发送数据时，因序列号不符而被客户端RST，就白分配资源和发送数据了。
• 同步双方序列号：4次可以合并为3次。
• 避免重复连接：由于没有第三次握手，服务端不清楚客户端是否收到了自己回复的 ACK 报文，所以服务端每收到一个 SYN 就只能先主动建立一个连接

为什么和如何产生随机序列号？

很大程度上避免被延迟的历史数据报文，序列号落在窗口范围内，被错误的接收；防止黑客伪造相同序列号TCP（？）。
计时器值加连接Hash值。

丢失的处理

1. 第1次握手：指数退避超时重传。
2. 第2次握手：客户端重传 SYN 报文，服务端重传 SYN-ACK 报文。
3. 第3次握手：客户端重传 SYN 报文，单独ACK不会重传。

TCP的连接断开

1. 初始时客户端和服务端TCP连接均处于 ESTAVLISHED 阶段。
2. 客户端发送 FIN 主动断开连接，客户端进入 FIN_WAIT_1 阶段。
3. 服务端收到 FIN ，发送 ACK ，服务端进入 CLOSED_WAIT。
4. 客户端收到 ACK ，进入 FIN_WAIT_2 阶段。
5. 服务端发送 FIN ，服务端进入 LAST_ACK 阶段。
6. 客户端收到 FIN ，发送 ACK ，进入 TIME_WAIT 阶段。
7. 服务端收到 ACK ，进入CLOSE阶段。

前两次挥手仅仅表示客户端不再发送数据了，但是还能接收数据。服务端可能还有数据需要处理和发送，等服务端不再发送数据时，才发送 FIN 报文关闭连接。
如果服务端不需要发送数据，可以变成3次挥手。

TIME_WAIT是什么？起到什么作用？

是什么

客户端在收到第3次挥手后，就会进入TIME_WAIT状态，等待 2MSL 后关闭。
如果第4次挥手未送达服务端，服务端会重发第3次挥手，客户端收到时重新计时。
MSL 是报文最大生存时间，任何报文在网络上存在的最长时间，超过时间的报文将被丢弃。
IP层有TTL，是可以经过的最大路由数，经过路由减1，为0时丢弃。MSL应大于TTL减到0的时间。
TTL一般是64，Linux中MSL是30。
2MSL是一来一回的时间上限，相当于允许第4次挥手ACK丢失后，第3次挥手FIN重发一次。

作用

防止历史连接中的数据包被错误接收。

服务端向客户端发送数据，到第3次挥手发出时截止，但之前可能存在被延迟的数据包，等待 2MSL 使数据包从网络中消失，避免当序列号回绕时被之后的相同四元组接收。

确保服务端被正确关闭

第4次挥手的ACK可能没有到达服务端，服务端重发第3次挥手FIN，在TIME_WAIT阶段会再次响应ACK，否则会响应RST。