通信協(xié)議技術：TCP、UDP，流量控制，擁塞控制詳解

一、TCP

TCP首部

流量控制

擁塞控制

三次握手，四次揮手

tcp 怎樣保證數(shù)據(jù)正確性？

流量控制是為了讓接收方能來得及接收，而擁塞控制是為了降低整個網(wǎng)絡的擁塞程度

1、TCP首部

源端口號目標端口號 32位序列號 32位確認號首部長度（單位為4字節(jié)，默認為5，即20字節(jié)）保留位（6位）

6個控制位（SYN、ACK、FIN、PUSH、URG、RST）? SYN：同步序號位，TCP建立連接時要將這個值設為1 ACK：為1表示確認號? FIN：發(fā)送端完成位，提出斷開連接的一方把FIN置為1表示要斷開連接? PUSH：急迫位，緩存區(qū)將滿，立刻傳輸速度? RST：重置位，連接斷了重新連接? URG：緊急信號 ? 16位窗口大?。航邮沾翱诖笮。髁靠刂剖褂?，如果窗口大小為0，可以發(fā)送窗口探測 ? 16位校驗和：校驗和用來做差錯控制，TCP校驗和的計算包括TCP首部、數(shù)據(jù)和其它填充字節(jié)。在發(fā)送TCP數(shù)據(jù)段時，由發(fā)送端計算校驗和，當?shù)竭_目的地時又進行一次檢驗和計算。如果兩次校驗和一致，說明數(shù)據(jù)是正確的，否則將認為數(shù)據(jù)被破壞，接收端將丟棄該數(shù)據(jù) ? 16位緊急指針：僅在URG控制位為 1 時有效。表示緊急數(shù)據(jù)的末尾在 TCP 數(shù)據(jù)部分中的位置。通常在暫時中斷通信時使用（比如輸入 Ctrl + C）

2、流量控制

流量控制，就是讓發(fā)送方的發(fā)送速率不要太快，要讓接收方來得及接收

利用滑動窗口機制可以很方便地在tcp連接上實現(xiàn)對發(fā)送方的流量控制

TCP接收方利用自己的接收窗口的大小來限制發(fā)送方發(fā)送窗口的大小

重傳計時器

TCP發(fā)送方收到接收方的零窗口通知后，應啟動持續(xù)計時器。持續(xù)計時器超時后，向接收方發(fā)送零窗口探測報文

即使接收窗口為0，接收方也會接收：零窗口探測報文段、確認報文段、攜帶緊急數(shù)據(jù)的報文段

TCP發(fā)送方的發(fā)送窗口大小 = Math.min(自身擁塞窗口大小, TCP接收方的接收窗口大小)

3、擁塞控制

什么是擁塞

假定條件

數(shù)據(jù)是單方向發(fā)送，而另一方向只傳送確認接收方總是有足夠大的緩存空間，因而發(fā)送方發(fā)送窗口的大小由網(wǎng)絡的擁塞程度來決定以最大報文段MSS的個數(shù)為討論問題的單位，而不是以字節(jié)為單位

慢開始 + 擁塞避免算法

MSS：TCP最大報文段?

ssthresh：慢開始門限?

cwnd：擁塞窗口?

swnd：發(fā)送窗口?

rtt：每次往返時間

快重傳

慢開始 + 擁塞避免算法中，發(fā)送方把擁塞窗口cwnd又設置為1，并錯誤地啟動慢開始算法，降低了傳輸效率

收到3個重復確認

接收方收到失序的報文段，立即發(fā)出重復確認發(fā)送方收到3個連續(xù)的重復確認，立即重傳

快恢復

慢開始 + 擁塞避免+快重傳 + 快恢復結合

4、三次握手，四次揮手

4.1 三次握手

發(fā)送端：SYN=1、seq=x 接收端：ACK=1、ack=x+1、SYN=1、seq=y 發(fā)送端：ACK=1、ack=y+1、seq=x+1 ? TCP規(guī)定：SYN被設置為1的報文段不能攜帶數(shù)據(jù)，但要消耗掉一個序號 TCP規(guī)定：普通的確認報文段如果不攜帶數(shù)據(jù)，則不消耗序號 ?

4.2 四次揮手

發(fā)送端：FIN=1，ACK=1，seq=u，ack=v（u等于發(fā)送端已傳送過的數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)序號+1，v等于發(fā)送端之前已收到的數(shù)據(jù)的最后一字節(jié)序號+1）接收端：ACK=1，ack=u+1，seq=v 接收端：FIN=1，ACK=1，ack=u+1，seq=w（w：半關閉情況下，可能收到了數(shù)據(jù)）發(fā)送端：ACK=1，ack=w+1，seq=u+1

TCP規(guī)定：終止位FIN等于1的報文段，即使不攜帶數(shù)據(jù)，也要一個消耗掉一個序號 MSL：最長報文段壽命，建議為2分鐘

為什么要等待2MSL？

如果接收端發(fā)送FIN連接釋放，發(fā)送端接收后發(fā)送ACK，如果丟失，會導致接收端超時重傳，而無法進入CLOSED狀態(tài)

4.3 ?；钣嫊r器

4.4 半連接隊列

服務器第一次收到客戶端的 SYN 之后，就會處于 SYN_RCVD 狀態(tài)，此時雙方還沒有完全建立其連接，服務器會把此種狀態(tài)下請求連接放在一個隊列里，我們把這種隊列稱之為半連接隊列。

4.5 三次握手能不能改成兩次握手？

不能 TCP發(fā)送連接請求，但長時間沒到達，然后觸發(fā)了超時重傳又發(fā)送了一次，后建立連接，數(shù)據(jù)傳輸，并斷開了連接但此時之前沒達到的請求報文段突然又到了接收端服務器，接收端服務器變成了ESTABLISHED狀態(tài) 接收端一直在等發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)，白白浪費了主機很多資源，導致了錯誤

4.6 四次揮手能不能改成三次揮手？

不能接收端可能還有數(shù)據(jù)沒有發(fā)送需要等待一段時間，發(fā)送完數(shù)據(jù)，才會發(fā)送FIN

4.7 SYN攻擊

服務器端的資源分配是在二次握手時分配的，而客戶端的資源是在完成三次握手時分配的，所以服務器容易受到SYN洪泛攻擊。

SYN攻擊就是Client在短時間內偽造大量不存在的IP地址，并向Server不斷地發(fā)送SYN包，Server則回復確認包，并等待Client確認，由于源地址不存在，因此Server需要不斷重發(fā)直至超時，這些偽造的SYN包將長時間占用未連接隊列，導致正常的SYN請求因為隊列滿而被丟棄，從而引起網(wǎng)絡擁塞甚至系統(tǒng)癱瘓。SYN 攻擊是一種典型的 DoS/DDoS 攻擊。

5、tcp 怎樣保證數(shù)據(jù)正確性？

差錯控制?

發(fā)送的數(shù)據(jù)包的二進制相加然后取反，檢測數(shù)據(jù)在傳輸過程中的任何變化，如果收到段的檢驗和有差錯，TCP 將丟棄這個報文段和不確認收到此報文段。編號 + 排序 TCP 給發(fā)送的每一個包進行編號，接收方對數(shù)據(jù)包進行排序，把有序數(shù)據(jù)傳送給應用層確認 + 超時重傳的機制當 TCP 發(fā)出一個段后，它啟動一個定時器，等待目的端確認收到這個報文段。如果不能及時收到一個確認，將重發(fā)這個報文段。

流量控制

TCP 連接的每一方都有固定大小的緩沖空間，TCP 的接收端只允許發(fā)送端發(fā)送接收端緩存區(qū)能接納的數(shù)據(jù)。當接收方來不及處理發(fā)送方的數(shù)據(jù)，能提示發(fā)送方降低發(fā)送的速率，防止包丟失。TCP 使用的流量控制協(xié)議是可變大小的滑動窗口協(xié)議。

擁塞控制

當網(wǎng)絡擁塞時，減少數(shù)據(jù)的發(fā)送。發(fā)送方有擁塞窗口，發(fā)送數(shù)據(jù)前比對接收方發(fā)過來的接收窗口，取兩者的最小值---慢啟動、擁塞避免、擁塞發(fā)送、快速恢復

二、UDP