前言

大家好，我是了不起，又到了金九銀十的時(shí)間點(diǎn)了，又到了面試季，在職的各位是準(zhǔn)備看機(jī)會(huì)呢？還是打算茍一下，對(duì)明年行情報(bào)以期待呢？

但是茍歸茍，學(xué)習(xí)不要放下，尤其是八股文。

這一次了不起給大家?guī)?lái)的一篇關(guān)于TCP如何可靠傳輸?shù)拿嬖囄?，?huì)帶著各位，探索從最表面的面試回答，到該知識(shí)的花式問(wèn)法。

圖片

TCP（傳輸控制協(xié)議）通過(guò)多種機(jī)制來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，這些機(jī)制包括連接管理、校驗(yàn)和、序列號(hào)、確認(rèn)應(yīng)答、超時(shí)重傳、流量控制和擁塞控制等。

1. 連接管理：TCP通過(guò)三次握手（Three-Way Handshake）建立連接，確保通信雙方都準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸完成后，通過(guò)四次揮手（Four-Way Handshake）終止連接，確保所有數(shù)據(jù)都已正確傳輸并接收。
2. 校驗(yàn)和：TCP報(bào)文頭包含一個(gè)校驗(yàn)和字段，用于檢測(cè)傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)的完整性。如果檢測(cè)到數(shù)據(jù)損壞或錯(cuò)誤，TCP會(huì)丟棄該數(shù)據(jù)包并通知發(fā)送方重新發(fā)送。
3. 序列號(hào)：TCP使用序列號(hào)來(lái)確保數(shù)據(jù)包按順序到達(dá)接收方。每個(gè)數(shù)據(jù)包都有一個(gè)唯一的序列號(hào)，接收方通過(guò)檢查序列號(hào)來(lái)重組數(shù)據(jù)包。
4. 確認(rèn)應(yīng)答：接收方在接收到每個(gè)數(shù)據(jù)包后，會(huì)發(fā)送一個(gè)確認(rèn)應(yīng)答（ACK）信號(hào)，表明該數(shù)據(jù)包已成功接收。如果接收方未收到確認(rèn)應(yīng)答，發(fā)送方會(huì)重傳該數(shù)據(jù)包。
5. 超時(shí)重傳：TCP使用超時(shí)計(jì)時(shí)器來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)包是否丟失。如果在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)未收到確認(rèn)應(yīng)答，發(fā)送方會(huì)自動(dòng)重傳該數(shù)據(jù)包。
6. 流量控制：TCP使用滑動(dòng)窗口機(jī)制進(jìn)行流量控制，防止發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)過(guò)快導(dǎo)致接收方無(wú)法及時(shí)處理?；瑒?dòng)窗口機(jī)制允許接收方根據(jù)其緩沖區(qū)的大小和網(wǎng)絡(luò)狀況調(diào)整發(fā)送速率。
7. 擁塞控制：TCP通過(guò)慢啟動(dòng)、擁塞避免、快速重傳和快速恢復(fù)等機(jī)制來(lái)檢測(cè)和應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞。當(dāng)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，TCP會(huì)減少發(fā)送速率，以減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

通過(guò)這些機(jī)制，TCP能夠確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕乐箶?shù)據(jù)丟失、重復(fù)和錯(cuò)序，并且能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀況的變化，提高傳輸效率。

TCP三次握手和四次揮手的具體過(guò)程是什么？

TCP三次握手過(guò)程

TCP三次握手是建立TCP連接的過(guò)程，需要客戶端和服務(wù)器總共發(fā)送三個(gè)報(bào)文。

1. 第一次握手：

• 客戶端發(fā)送一個(gè)SYN報(bào)文，其中SYN位被置為1，序列號(hào)為隨機(jī)生成的數(shù)值。這個(gè)報(bào)文指明客戶端打算連接的服務(wù)器端口，并且包含客戶端的初始序列號(hào)（ISN）。
• 這個(gè)報(bào)文的目的是讓服務(wù)器知道客戶端的連接請(qǐng)求，并且同步雙方的序列號(hào)。

2. 第二次握手：

• 服務(wù)器收到SYN報(bào)文后，會(huì)回復(fù)一個(gè)SYN-ACK報(bào)文，其中SYN位和ACK位都被置為1。服務(wù)器的ACK字段的值是客戶端發(fā)送過(guò)來(lái)的序列號(hào)加1，表示確認(rèn)收到客戶端的SYN報(bào)文。
• 這個(gè)報(bào)文的目的是讓客戶端知道服務(wù)器已經(jīng)收到并同意建立連接，并且同步雙方的確認(rèn)號(hào)。

3. 第三次握手：
   

• 客戶端收到服務(wù)器的SYN-ACK報(bào)文后，會(huì)發(fā)送一個(gè)ACK報(bào)文，其中ACK位被置為1，確認(rèn)號(hào)是服務(wù)器SYN報(bào)文中的序列號(hào)加1。這個(gè)報(bào)文表示客戶端已經(jīng)收到并同意建立連接。
• 這個(gè)報(bào)文的目的是讓服務(wù)器知道客戶端已經(jīng)準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)，并且雙方的連接已經(jīng)建立。
  

TCP四次揮手過(guò)程

TCP四次揮手是關(guān)閉TCP連接的過(guò)程，需要客戶端和服務(wù)器總共發(fā)送四個(gè)報(bào)文。

1. 第一次揮手：

• 客戶端發(fā)送一個(gè)FIN報(bào)文，表示自己已經(jīng)沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送了。這個(gè)報(bào)文的FIN位被置為1，表示客戶端請(qǐng)求關(guān)閉連接。

2. 第二次揮手：

• 服務(wù)器收到FIN報(bào)文后，會(huì)回復(fù)一個(gè)ACK報(bào)文，其中ACK位被置為1，確認(rèn)號(hào)是客戶端FIN報(bào)文中的序列號(hào)加1。這個(gè)報(bào)文表示服務(wù)器已經(jīng)收到并確認(rèn)客戶端的關(guān)閉請(qǐng)求。

3. 第三次揮手：
   

• 客戶端收到服務(wù)器的ACK報(bào)文后，會(huì)發(fā)送一個(gè)FIN報(bào)文，表示自己已經(jīng)沒(méi)有數(shù)據(jù)要接收了。這個(gè)報(bào)文的FIN位被置為1，表示客戶端請(qǐng)求關(guān)閉連接。

4. 第四次揮手：
   

• 服務(wù)器收到客戶端的FIN報(bào)文后，會(huì)發(fā)送一個(gè)ACK報(bào)文，其中ACK位被置為1，確認(rèn)號(hào)是客戶端FIN報(bào)文中的序列號(hào)加1。這個(gè)報(bào)文表示服務(wù)器已經(jīng)收到并確認(rèn)客戶端的關(guān)閉請(qǐng)求。此時(shí)，服務(wù)器也已經(jīng)沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，雙方的連接正式關(guān)閉。

還能怎么問(wèn)？

TCP校驗(yàn)和機(jī)制如何檢測(cè)和處理數(shù)據(jù)損壞或錯(cuò)誤？

TCP校驗(yàn)和機(jī)制通過(guò)計(jì)算和驗(yàn)證數(shù)據(jù)包中的校驗(yàn)和來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)損壞或錯(cuò)誤。

具體來(lái)說(shuō)，TCP校驗(yàn)和是一種端到端的校驗(yàn)和，由發(fā)送端計(jì)算并添加到數(shù)據(jù)包的頭部，接收端在接收到數(shù)據(jù)包后會(huì)重新計(jì)算校驗(yàn)和并與發(fā)送端的校驗(yàn)和進(jìn)行比較。

如果校驗(yàn)和不匹配，接收方會(huì)認(rèn)為數(shù)據(jù)包在傳輸過(guò)程中發(fā)生了錯(cuò)誤，并將該數(shù)據(jù)包丟棄。

此外，TCP校驗(yàn)和不僅用于檢測(cè)數(shù)據(jù)包的完整性，還用于檢測(cè)TCP首部和數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中是否發(fā)生了任何改動(dòng)。

如果檢測(cè)到數(shù)據(jù)損壞，TCP會(huì)通過(guò)超時(shí)重傳機(jī)制來(lái)處理錯(cuò)誤，即如果在一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到確認(rèn)應(yīng)答，發(fā)送方會(huì)重新發(fā)送數(shù)據(jù)包。

這種機(jī)制確保了數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

TCP滑動(dòng)窗口機(jī)制的工作原理及其如何影響數(shù)據(jù)傳輸速率？

TCP滑動(dòng)窗口機(jī)制是TCP協(xié)議中用于控制數(shù)據(jù)傳輸速率和確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性的關(guān)鍵機(jī)制。

工作原理

滑動(dòng)窗口機(jī)制允許發(fā)送方在等待接收方確認(rèn)的情況下，繼續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)包。窗口大小指的是發(fā)送方可以發(fā)送而不需要等待確認(rèn)的最大數(shù)據(jù)包數(shù)量。例如，如果窗口大小為3，發(fā)送方可以連續(xù)發(fā)送三個(gè)數(shù)據(jù)包，而不需要等待前一個(gè)數(shù)據(jù)包的確認(rèn)。

每個(gè)TCP/IP主機(jī)支持兩個(gè)滑動(dòng)窗口：一個(gè)用于接收數(shù)據(jù)，一個(gè)用于發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送窗口和接收窗口的大小可以動(dòng)態(tài)調(diào)整，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)條件和主機(jī)的緩沖區(qū)容量。

發(fā)送窗口的大小由發(fā)送方根據(jù)接收方的確認(rèn)信息動(dòng)態(tài)調(diào)整。如果接收方確認(rèn)了某個(gè)數(shù)據(jù)包，發(fā)送方可以繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)包，直到發(fā)送窗口的大小達(dá)到其最大值。接收窗口的大小則由接收方根據(jù)其緩沖區(qū)的容量動(dòng)態(tài)調(diào)整，以防止緩沖區(qū)溢出。

影響數(shù)據(jù)傳輸速率

滑動(dòng)窗口機(jī)制允許發(fā)送方在等待確認(rèn)的情況下繼續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)包，從而減少了等待確認(rèn)的時(shí)間，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。例如，如果每次只能發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，就需要等待接收方的確認(rèn)，這會(huì)極大地影響傳輸速率。

滑動(dòng)窗口機(jī)制通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整窗口大小來(lái)實(shí)現(xiàn)流量控制，防止發(fā)送方過(guò)快地發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致接收方緩沖區(qū)溢出。這種機(jī)制確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠椒€(wěn)性和可靠性。

滑動(dòng)窗口機(jī)制還與TCP的擁塞控制機(jī)制相結(jié)合，通過(guò)調(diào)整窗口大小來(lái)避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞檢測(cè)到時(shí)，發(fā)送方會(huì)減少窗口大小，減慢數(shù)據(jù)傳輸速率，以減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

最后結(jié)論

TCP滑動(dòng)窗口機(jī)制通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送窗口和接收窗口的大小，實(shí)現(xiàn)了高效的數(shù)據(jù)傳輸和流量控制。其工作原理包括滑動(dòng)窗口的概念、窗口的維護(hù)和動(dòng)態(tài)調(diào)整。這種機(jī)制不僅提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，還確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。

慢啟動(dòng)、擁塞避免、快速重傳和快速恢復(fù)機(jī)制

TCP擁塞控制中的慢啟動(dòng)、擁塞避免、快速重傳和快速恢復(fù)機(jī)制是協(xié)同工作的，以確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和公平性，實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)傳輸。

1. 慢啟動(dòng)：在TCP連接建立后，首先進(jìn)入慢啟動(dòng)階段。在這一階段，每收到一個(gè)確認(rèn)（ACK）包，發(fā)送方的擁塞窗口（cwnd）就翻倍，數(shù)據(jù)發(fā)送速率以指數(shù)形式增長(zhǎng)。這一過(guò)程一直持續(xù)到擁塞窗口達(dá)到慢啟動(dòng)門限（ssthresh）的值，或者出現(xiàn)丟包。
2. 擁塞避免：當(dāng)cwnd達(dá)到ssthresh后，進(jìn)入擁塞避免階段。在這一階段，擁塞窗口不再指數(shù)增長(zhǎng)，而是以線性速度增長(zhǎng)，即每經(jīng)過(guò)一個(gè)往返時(shí)間（RTT），cwnd增加1。這樣可以避免因發(fā)送速率過(guò)快而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。
3. 快速重傳：當(dāng)發(fā)送方連續(xù)收到三個(gè)重復(fù)的確認(rèn)包時(shí)，會(huì)立即重傳丟失的數(shù)據(jù)包，而不是等待超時(shí)。這種機(jī)制可以快速檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)中的丟包問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行重傳。
4. 快速恢復(fù)：快速恢復(fù)機(jī)制在快速重傳后啟動(dòng)。當(dāng)發(fā)生丟包時(shí)，發(fā)送方會(huì)立即重傳丟失的數(shù)據(jù)包，并將擁塞窗口減半，然后進(jìn)入擁塞避免階段。這樣可以快速調(diào)整發(fā)送速率，避免因丟包導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)擁塞。

TCP如何通過(guò)超時(shí)重傳機(jī)制檢測(cè)數(shù)據(jù)包丟失并確保數(shù)據(jù)完整性？

TCP協(xié)議通過(guò)超時(shí)重傳機(jī)制來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)包丟失并確保數(shù)據(jù)的完整性。

具體來(lái)說(shuō)，TCP協(xié)議在發(fā)送數(shù)據(jù)包后，會(huì)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器等待接收方的確認(rèn)（ACK）。

如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到ACK，發(fā)送方會(huì)觸發(fā)超時(shí)重傳機(jī)制，重新發(fā)送該數(shù)據(jù)包。

這種機(jī)制通過(guò)計(jì)時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)定時(shí)器超時(shí)后，發(fā)送方會(huì)再次發(fā)送數(shù)據(jù)包。

此外，TCP還通過(guò)接收方連續(xù)重復(fù)確認(rèn)包（Dup-ACK）的數(shù)量來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)包丟失。

當(dāng)發(fā)送方收到三個(gè)以上的重復(fù)ACK時(shí)，它會(huì)意識(shí)到數(shù)據(jù)包丟失，從而重新發(fā)送該包。

這種機(jī)制確保了即使在網(wǎng)絡(luò)擁塞或丟包的情況下，數(shù)據(jù)包也能被正確傳輸。

TCP的超時(shí)重傳機(jī)制不僅檢測(cè)數(shù)據(jù)包丟失，還通過(guò)擁塞控制來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。

當(dāng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)包丟失時(shí)，TCP會(huì)將擁塞窗口（cwnd）重置為1，并將慢開(kāi)始門限（ssthresh）設(shè)置為當(dāng)前擁塞窗口大小的一半。

這種機(jī)制有助于防止網(wǎng)絡(luò)擁塞，并確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>