TCP相关问题总结

文章目录

    • TCP连接建立过程
        1. TCP三次握手
        1. TCP四次挥手
        1. TCP为什么是三次握手
        1. TCP为什么是四次挥手
    • TCP流量控制
    • TCP拥塞控制
        1. 为什么需要拥塞控制
        1. 控制手段
    • TCP连接建立过程中出现丢包

TCP连接建立过程

1. TCP三次握手

首先client端发出连接请求,并且请求同步位SYN 置为1,表示连接建立请求。此外传递seq序号(假设初始值为500)

然后server端接收SYN后,发送ACK确认请求,seq=501 ,表示对client发送的SYN请求的确认;此外,server也需要发送SYN请求,seq=700(假设服务端初值为700)

最后client端接收请求,对server端的SYN进行确认,发送ACK请求,seq=701

至此,三次握手完成,连接建立

2. TCP四次挥手

首先,客户端发起断开客户端连接请求。客户端向服务端发送FIN请求

服务端接收请求,并告诉客户端已经接收到客户端发起的断开请求 。此时客户端的消息发送通道断开

然后,服务端执行类似流程,关闭服务端发送消息到客户端的通道

3. TCP为什么是三次握手

假设TCP是两次握手,则可能会发生以下情况

客户端发起TCP握手,向服务器发送SYN,但该数据因网络波动滞留

此时触发超时重传,重新简历TCP连接

当新建立的连接断开后,之前在网络中滞留的SYN 连接请求传递到服务端,服务端误以为客户端需要建立TCP连接,因此会发送SYN+ACK 请求,并进入连接建立状态 ,但客户端并不需要建立连接,不会发送数据,因此会造成服务端资源的浪费

三次握手可以防止客户端无效连接信息再次到达服务器,导致重新连接

4. TCP为什么是四次挥手

之所以需要四次挥手,因为半关闭

tcp通道允许双方互相发送数据,数据是双向流动的。在关闭管道的时候,就需要关闭两次

一次是关闭 client --> server;另一次是关闭 client <-- server

每次关闭都需要执行两步操作:1.发出断开请求,2.确认断开请求

TCP流量控制

接收方通过窗口(Window)的大小来控制发送方的发送速率,防止发送方发送过多数据导致接收方无法处理

上图中,rwnd就是接收方对发送方数据发送窗口大小的控制

需要注意的是,如果接收方没有多余的空间接收数据,会控制发送方的发送窗口大小为0,此时发送方不会发送数据

当接收方缓存空间存在剩余,才会重新控制发送方的窗口大小 ,接收方发送窗口非零通知

但是,接收方的发送的非零通知在传输过程中丢失了,那么就会出现双方等待彼此发送数据,进而导致死锁现象发生

针对非零窗口通知丢失问题 ,数据发送方会开启计时器,如果在计时器内没有收到非零窗口通知 ,那么接收方会发送探测报文,查看接收方是否有剩余空间用于接收数据。

往复如是,直到发送方窗口大小设置非零

通过计时器的方式能够较好的解决非零通知数据传递丢失的问题

TCP拥塞控制

1. 为什么需要拥塞控制

简单来说,网络负载是优先的,如果短时间内涌入大量请求,远远超出了网络承受能力,网络可能会出现瘫痪

就像弹簧一样,一旦过度拉伸,弹簧就丧失了弹性

2. 控制手段

  • 慢启动(Slow Start):

    • 因为在网络初期,不了解接收端对网络数据的接收能力,一次性涌入大量数据可能会导致网络瘫痪,因此先发送少量数据,然后倍增,呈现指数上涨
    • 过程: 发送端初始设定一个拥塞窗口(cwnd),每经过一个往返时间(RTT),拥塞窗口大小加倍。随着时间的推移,数据发送速率逐渐增大,呈现指数增长。
  • 拥塞避免(Congestion Avoidance):

    • 避免过度快速增大拥塞窗口,维持网络的稳定性。
    • 过程: 当慢启动阶段结束后,cwnd的增长方式从指数变为线性。在拥塞避免阶段,每当接收到一个新的ACK时,cwnd按比例增加
  • 快速重传(Fast Retransmit):

    • 提高数据传输的可靠性,及时识别并快速补发 丢失的数据包,减少不必要的等待时间,防止发送方误以为网络瘫痪,将cwnd置为1,启动慢开始算法,从而提升整体传输效率
    • 过程: 当发送端收到三个相同的确认(Duplicate ACK)时,就认为有一个数据包丢失,立即重传该数据包而不等待超时。
  • 快速恢复(Fast Recovery):

    • 在发生数据包丢失后,快速调整拥塞窗口以减小对网络的压力,同时尽快恢复数据传输,使网络能更快地回到稳定状态
    • 过程: 在快速重传后,拥塞窗口减半,然后进入拥塞避免阶段。
  • 有关快速重传的不中补充

TCP连接建立过程中出现丢包

TCP连接过程,需要经历三次握手。此时如果出现丢包问题,数据发送方会等待对方的确认信息,如果超过预定时间还没有接收到信息,则会进行超时重传

如果是第一次、第二次握手,重传可以理解,因为这两次的握手都是建立在对方回应的基础上才能进行的。但如果是第三次握手信息丢包呢?客户端发送ACK确认信息给服务端,但该条信息丢失了,而第三次握手服务端无需确认,那客户端如何感知到呢?

如果ACK成功送达服务端,服务端会将TCP连接状态更改为ESTABLISHED,并准备接收客户端的数据。客户端可以通过尝试发送数据来检验连接是否已建立。如果服务端成功接收了数据且没有返回错误(如RST报文),则可以推断ACK报文已经成功发送;否则认为连接建立失败,重新发送ACK

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