小林coding计网-TCP篇

1. 三次握手、四次挥手

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TCP	特点
为什么需要TCP？	IP层不可靠，不保证网络包的交付和数据完整性 TCP确保无损坏、无间隔、非冗余、按序
连接的基本共识	Socket：IP号 + 端口号 序列号：解决乱序问题 窗口大小：流量控制
如何唯一确定？	四元组 地址字段在IP头，端口字段在TCP头
TCP最大连接数？	理论上max = 客户端IP数 * 客户端端口数，实际受FD和内存的限制

	TCP	UDP
连接和方式	面向连接、可靠、字节流	无连接、不可靠、数据报
连接对象	一对一（单播）	一对一、一对多、多对一、 多对多（单播、多播、广播）
拥塞控制	有拥塞控制	无
首部开销	至少20字节	8字节
分片机制	如果HTTP消息比MSS长，就要在传输层分片	UDP数据如果大于MTU，在IP层分片
使用场景	实时应用，包括： 音视频、多媒体 包总量少的通信，如DNS、SNMP等	FTP文件传输、HTTP/S

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为什么是三次握手：

1. 避免历史连接：如果因为宕机重发，最好在「被动发起方」建立连接前阻止历史连接，就不会资源浪费，而这样就需要三次握手
2. 同步双方初始序列号：序列号作用：不重复、不丢弃、按序传输
3. 避免资源浪费：服务端每收到一个SYN只能建立一个连接（因为不知道客户端是否收到自己的ACK），可能有冗余连接

初始化序列号不一样？

为了防止历史报文被下一个相同四元组的连接接收。有时前一条数据因故阻塞，恰好服务端断电重启了，再重新建立连接，之前阻塞的消息再到达后会出bug。总而言之，为了防止上一次连接的数据被下一次连接接收

TCP为什么需要MSS？

先看定义：

• MTU：一个网络包的最大长度，以太网中一般为 1500 字节
• MSS：除去 IP 和 TCP 头部之后，一个网络包所能容纳的 TCP 数据的最大长度

IP没有超时重传机制，如果有一个IP分片丢失，那么整个IP报文分片都得重传；所以为了传输效能，TCP建立连接时协商MSS值，由此分片后IP包也不回大于MTU，此后如果一个TCP分片丢失了，重发时也只是以MSS为单位

第一次握手丢失了，发生什么？

客户端重传第一次握手SYN报文。第一次超时重传是在1秒后，每次重传时间是上一次的2倍，第5次重传（重传次数由内核参数决定）后，会等待32秒，如果还没回应就断开连接

第二次握手丢失了，发生什么？

两边都会重传：客户端重传第一次握手SYN报文，最大重传次数由tcp_syn_retries内核参数决定。服务端重传第二次握手SYN-ACK报文，最大重传次数由tcp_synack_retries内核参数决定

第三次握手丢失了，发生什么？

服务端重传第二次握手SYN-ACK报文

SYN攻击：攻击者伪造不同IP发送SYN报文，服务端发出去的ACK+SYN 无应答，占满半连接队列

SYN攻击避免方式：

1. 修改Linux内核参数，控制队列大小和队满处理方式
2. tcp_syncokies方法。半连接队列满了后，新收到的SYN包计算出cookie值，返回给客户端；再收到客户端的应答报文时，检查合法性后直接放入全连接队列

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为什么需要四次？

假设客户端主动关闭连接，客户端发送FIN时，仅仅表示客户端不发数据了，但还能接收数据。服务端可能还有数据处理发送，待不再发送时，才回FIN给客户端

第一次挥手丢失了，发生什么？ 重传第一次挥手FIN报文，最大次数由tcp_orphan_retries决定；超过最大次数后再等待两倍时间就会断开

第二次挥手丢失了，发生什么？ 重传第一次挥手FIN报文（ACK报文是不会重传的）。对于调用close关闭的连接，60秒内没有收到FIN报文，主动关闭方就会关闭连接

第三次挥手丢失了，发生什么？ 和第一次挥手丢失后有些类似，重传并等待第四次挥手，超过参数后断开连接

第四次挥手丢失了，发生什么？ 重传第三次挥手FIN报文。客户端接收到 FIN 后发送 ACK ，进入TIME_WAIT状态并等待2MSL 的时间。如果在 2MSL 时间内，因为客户端的 ACK 没有传输到服务端，客户端又接收到了服务端重发的 FIN 报文，那么 2MSL 时间将重新计时

为什么需要TIME_WAIT？

1. 2MSL的时间足以让原来连接的数据包都自然消失，防止历史连接数据被相同四元组错误连接接收
2. 保证正确关闭。如果没有2MSL，客户端直接CLOSE，如果服务端再向已关闭的客户端发送FIN报文，客户端会回 RST 报文，不属于正常关闭了

	客户端TIME_WAIT过多	服务端TIME_WAIT过多
危害	占用端口资源，很难和目的IP + Port 一样的服务器建立连接，但只要是不同的服务器还是可以重复使用的	因为服务器只监听一个端口，不会导致端口资源受限；但是会占用系统资源，比如fd、内存、CPU等

TCP	客户端出现故障	服务端出现故障
建立连接后	socket设置SO_KEEPALIVE启动保活机制，定时检测客户端故障造成的死亡连接	服务端会发送FIN和客户端进行挥手