TCP常见知识点整理
前言
复习一下TCP常见知识点，包括建立连接的三次握手、断开连接的四次挥手、重传机制、滑动窗口、流量控制、拥塞控制
参考资料：
4.1 TCP 三次握手与四次挥手面试题 | 小林coding
TCP 三次握手和四次挥手（传输层） | JavaGuide
TCP 传输可靠性保障（传输层） | JavaGuide
计算机网络面试题，63道计算机网络八股文（2.2万字80张手绘图），面渣逆袭必看👍 | 二哥的Java进阶之路
一、建立连接
1. 三次握手是怎么做的
首先服务端监听端口进入LISTEN状态；客户端发送SYN报文随机初始化客户端序列号，进入SYNC_SENT状态；服务端接受报文返回SYN+ACK报文随机初始化服务端序列号，应答序列号为客户端序列号+1；进入SYNC_RCVD状态，然后客户端接受到报文返回ACK报文，应答序列号为服务端序列号+1，连接建立进入ESTABLISHED，服务端接收到ACK报文后连接建立进入ESTABLISHED
2. 为什么是三次握手而不是两次握手
三次握手而不是两次握手的主要原因是为了防止初始化历史连接，避免资源浪费，并且同步双方序列号
3. TCP的数据分片是怎么做的
IP包大于MTU会由IP层进行分片，但是IP层不可靠，TCP实现了基于MSS进行分片，MSS是MTU除去IP头部和TCP头部的数据长度，可以保证IP包不会大于MTU，TCP分片和重传都是基于MSS的
二、断开连接
1. 四次挥手是怎么做的
断开连接四次挥手，由客户端发送FIN报文表示不在发送数据但可继续接受数据，进入FIN_WAIT_1状态，服务端接收后返回ACK报文进入CLOSE_WAIT状态，之后可能继续发送数据，客户端接收ACK后进入FIN_WAIT_2状态，等待数据发送接收完成后，服务端发送FIN报文进入LAST_ACK，客户端接收FIN后发送ACK进入TIME_WAIT，服务端接收ACK后断开连接
2. 每次挥手丢失会发生什么
第一次挥手丢失客户端会重传，第二次挥手丢失客户端会重传服务端再次应答，第三次挥手丢失服务端会重传FIN，客户端超过FIN_WAIT_2时间限制会关闭连接，第四次挥手丢失服务端会重传，超过重传次数会关闭连接，客户端TIME_WAIT时间限制会关闭连接
3. TIME_WAIT的时间是多少，为什么
TIME_WAIT设置为2MSL也就是两倍的最大报文生存时间，一是为了至少允许一次的报文丢失，接收服务端重发的FIN，保证服务端优雅关闭，二是保证历史连接的数据能正常消亡，不被重复接收
4. 如果出现大量TIME_WAIT，要怎么办
出现大量TIME_WAIT的情况有：HTTP不是长连接，导致每次请求服务端都会主动断开连接；长连接超时，Nginx回调服务端主动断开连接，超时时间为keepalive_timeout；长连接数量超过限制，服务端断开连接，限制数量为keepalive_requests
三、重传机制
1. 超时重传是什么
超时重传RTO需要略大于往返RTT，实际情况下是动态计算的
2. 快速重传是什么
快速重传解决超时重传需要等待的问题，累计收到3个重复的ACK会触发重传
3. SACK解决了什么问题
SACK记录接收方已经接收的数据，表示发送方无需再次重传这部分数据
4. D-SACK解决了什么问题
Duplicate SACK(D-SACK)记录接收方重复接收到的数据，可以判断是ACK丢失还是包重复等情况
四、滑动窗口
1. 滑动窗口解决了什么问题
滑动窗口用于解决需要串行地等待应答再发送数据的问题
2. 发送方怎么维护滑动窗口
发送方维护SND.WND（发送窗口大小）、SND.UNA（下一个确认的序列号）、SND.NXT（下一个发送的序列号）将窗口分割为已发送已确认、已发送未确认、可发送未发送、不可发送四个部分
3. 接收方怎么维护滑动窗口
接收方维护RCV.WND（接收窗口大小）、RCV.NXT（下一个接收的序列号）将窗口分割成已接收、可接收、不可接收三个部分
五、流量控制
1. 流量控制是什么
接收方不能及时读取数据，导致接收窗口收缩，会通过响应报文反馈到发送方，发送方调整窗口大小
2. 接收方是怎么收缩接收缓冲区的
接收方操作系统在收缩接收缓冲区之前，会先收缩接收窗口，防止接收数据超出接收窗口，造成丢包
3. 窗口收缩到0之后会发生什么
当窗口收缩到0时，发送方会等待非0窗口通知，同时设置计时器，如果超时会发送窗口探测报文
4. 如何防止窗口过小的低效传输
为了防止接收方通告一个小窗口以及发送方发送一段小数据，导致低效传输，可以使用发送方的Nagle算法，即在数据都被确认时立即发送数据，未确认时累积到MSS再发送数据，或者接收方延迟ACK，两者不可同时使用
六、拥塞控制
1. 什么是拥塞控制
为了防止网络拥塞情况下，大量数据包的发送加剧网络拥塞情况，TCP利用慢启动、拥塞避免、拥塞发生、快速恢复算法实现拥塞控制
2. 拥塞窗口是什么，跟发送窗口有什么关系
TCP维护一个拥塞窗口cwnd，根据网络拥塞程度变化，发送窗口为拥塞窗口和接收窗口的较小值
3. 慢启动是怎么做的
慢启动初始化cwnd = 1，每收到一个ACK，cwnd+1，呈指数增长，达到慢启动阈值ssthresh进入拥塞避免
4. 拥塞避免是怎么做的
拥塞避免每经过一个RTT，cwnd+1，呈线性增长，知道出现丢包
5. 拥塞发生是怎么做的
出现丢包时，使用拥塞发生算法，一种基于超时重传，一种基于快速重传。基于超时重传的拥塞发生算法，将
ssthresh = cwnd / 2，cwnd = 1，进入慢启动；如果网络没有那么糟糕，可使用基于快速重传的拥塞发生，将cwnd = cwnd / 2，ssthresh = cwnd，进入快速恢复算法
6. 快速恢复是怎么做的
快速恢复算法在接收到3个重复的ACK时，将cwnd = ssthresh + 3，重传数据，再在接收到重复的ACK时，使cwnd + 1，直到接收到新数据，将cwnd = ssthresh，进入拥塞避免