TCP连接

目录

1.TCP连接如何保证可靠性

2.拥塞控制

3.TCP连接三次握手的过程，为什么是三次，可以是两次或者更多吗？

三次握手过程

为什么需要三次握手

4.TCP连接四次挥手的过程，为什么是四次？

4.1四次挥手过程

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1.TCP连接如何保证可靠性

TCP通过差错控制（序列号，数据校验），超时重传，流量控制，拥塞控制等机制，确保了数据传输的可靠性和效率。

1. 序列号：每个TCP段都有一个序列号，确保数据包的顺序正确。
2. 数据校验：TCP使用校验来检查数据在传输过程中是否出现错误，如果检测到错误，接收方会丢弃该数据包，并等待重传。
3. 超时重传：发送方设置一个定时器，如果在定时器超时之前没有收到确认，发送方会重传数据。
4. 流量控制：TCP通过滑动窗口机制来进行流量控制，确保接收方能够处理发送方 的数据量。
5. 拥塞控制：TCP通过算法如慢启动，拥塞避免，快重传，和快恢复等，来控制数据的发送速率，防止网络拥塞。

2.拥塞控制

TCP拥塞控制是通过一系列算法动态调节发送端速率，避免网络过载的核心机制。其实现逻辑可拆解为四个阶段的算法协同，结合网络状态反馈形成闭环控制。

1. 慢启动（Slow Start）：网络容量的探测阶段。发送端从较小的拥塞窗口（CWND，初始通常为1-2个MSS）开始，每收到一个ACK就将CWND翻倍，呈指数型增长，快速探测网络可用带宽。
2. 拥塞避免：平稳增长的保护阶段。CWND超过ssthresh后（慢启动阈值）改为每轮次仅增加一个MSS，避免突发流量导致拥塞。
3. 快速重传：丢包的快速响应。若通过三次冗余ACK检测到丢包（说明严重网络拥塞），就会触发快速重传丢失的数据包，减少延迟。
4. 快速恢复：拥塞后的快速恢复。发送端完成快速重传后，不直接进入慢启动，而是执行以下操作：1.将ssthresh设为当前CWND的一半；2.将CWND设为ssthresh + 3个MSS（假设三次冗余ACK对应3个已确认的数据包；3.开始线性增长(每轮次 + 1MSS)，加速恢复传输效率。
5. 与超时重传的区别：快速恢复避免了慢启动的指数级回退，适用于网络轻度拥塞场景，减少性能损失。

3.TCP连接三次握手的过程，为什么是三次，可以是两次或者更多吗？

三次握手过程

• 第一次握手：客户端向服务器发送一个SYN（同步序列号）报文，请求建立连接，客户端进入SYN_SENT状态
• 第二次握手：服务器收到SYN报文后，如果同意建立连接，则会发送一个SYN-ACK（同步确认）报文作为响应，同时进入SYN_RCVD状态。
• 第三次握手：客户端收到服务器的SYN-ACK报文后，会发送一个ACK（确认）报文作为最终响应，之后客户端和服务器都进入ESTABLISHED状态，连接建立成功。

为什么需要三次握手

通过三次握手，客户端和服务器都能够确认对方的接收和发送能力。第一次握手确认了客户端到服务器的通道是开放的；第二次握手确认了服务器到客户端的通道是开放的；第三次握手则确认了客户端接收到服务器的确认，从而确保了双方的通道都是可用的。

而如果仅使用两次握手，服务器可能无法确定客户端的接收能力是否正常，比如客户端可能已经关闭了连接，但之前发送的连接请求报文在网络上延迟到达了服务器，服务器就会主动去建立一个连接，但是客户端接收不到，导致资源的浪费。而四次握手可以优化为三次。

4.TCP连接四次挥手的过程，为什么是四次？

4.1四次挥手过程

第一次挥手：客户端发送一个FIN报文给服务端，报文中会指定一个序列号（seq=x）。然后，客户端进入FIN-WAIT-1状态。

第二次挥手：服务端收到FIN报文后，回复ACK报文给客户端，且把客户端的序列号值+1，作为ACK报文的序列号（seq=x + 1）。然后，服务端进入CLOSE-WAIT（seq= x+1），客户端进入FIN-WAIT-2状态。

第三次握手：服务器完成所有数据传输后，发送FIN包，进入LAST_ACK状态。客户端收到FIN后，准备关闭连接。

第四次挥手：客户端发送最后一个ACK包，进入TIME_WAIT状态，等待可能迟到的FIN包。服务器收到ACK后，关闭连接，进入CLOSED状态。客户端再TIME_WAIT计时结束后，正式关闭连接。

为什么需要四次挥手

可以三次挥手吗？如果服务器没有数据要发送了，可以将FIN+ACK一起发送给客户端。

5.为什么TCP挥手需要TIME_WAIT状态？

1.确保最后的ACK被成功接收：

• 在TCP四次挥手过程中，主动关闭连接的一方在发送最后一个ACK确认包后进入TIME_WAIT状态。
• 如果这个ACK丢失了，另一方（被动关闭连接的一份）没有收到确认包，会重新发送FIN报文。主动关闭的一方需要在TIME_WAIT状态下保持一段时间，以便能够重新发送ACK，确保连接能够被正确的关闭。

2.防止旧的重复分段干扰新连接：

• TCP连接关闭后，可能会有一些延迟的或者已经失效的报文还在网络中传输。如果立即重新使用相同的IP地址和端口建立新的连接，可能会受到这些旧报文的干扰。
• TIME_WAIT状态可以确保在旧连接的所有报文失效超时后，才允许新的连接使用相同的IP地址和端口，从而避免数据混乱。