圖解TCP,UDP,流量控制,擁塞控制,一次看懂

一、TCP

TCP 首部
流量控制
擁塞控制
三次握手，四次揮手
tcp 怎樣保證數據正確性？

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，默認為 5，即 20 字節）
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 位窗口大小：接收窗口大小，流量控制使用，如果窗口大小為 0，可以發送窗口探測
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、數據和其它填充字節。在發送 TCP 數據段時，由發送端計算校驗和，當到達目的地時又進行一次檢驗和計算。如果兩次校驗和一致，說明數據是正確的，否則將認為數據被破壞，接收端將丟棄該數據
16 位緊急指針：僅在 URG 控制位為 1 時有效。表示緊急數據的末尾在 TCP 數據部分中的位置。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，就是讓發送方的發送速率不要太快，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 連接上實現對發送方的流量控制

TCP 接收方利用自己的接收窗口的大小來限制發送方發送窗口的大小

重傳計時器
TCP 發送方收到接收方的零窗口通知后，應啟動持續計時器。持續計時器超時后，向接收方發送零窗口探測報文
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、攜帶緊急數據的報文段

TCP 發送方的發送窗口大小 = 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

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

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：發送窗口 rtt：每次往返時間

快重傳

慢開始 + 擁塞避免算法中，發送方把擁塞窗口 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，立即發出重復確認
發送方收到 3 個連續的重復確認，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

發送端：SYN=1、seq=x
接收端：ACK=1、ack=x+1、SYN=1、seq=y
發送端：ACK=1、ack=y+1、seq=x+1

TCP 規定：SYN 被設置為 1 的報文段不能攜帶數據，但要消耗掉一個序號
TCP 規定：普通的確認報文段如果不攜帶數據，則不消耗序號

4.2 四次揮手

發送端：FIN=1，ACK=1，seq=u，ack=v（u 等于發送端已傳送過的數據的最后一個字節序號 + 1，v 等于發送端之前已收到的數據的最后一字節序號 + 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，可能收到了數據）
發送端：ACK=1，ack=w+1，seq=u+1

TCP 規定：終止位 FIN 等于 1 的報文段，即使不攜帶數據，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？

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

4.3 保活計時器

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，此時雙方還沒有完全建立其連接，服務器會把此種狀態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 發送連接請求，但長時間沒到達，然后觸發了超時重傳
又發送了一次，后建立連接，數據傳輸，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
接收端一直在等發送端發送數據，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
接收端可能還有數據沒有發送
需要等待一段時間，發送完數據，才會發送 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，從而引起網絡擁塞甚至系統癱瘓。SYN 攻擊是一種典型的 DoS/DDoS 攻擊。

5、tcp 怎樣保證數據正確性？

差錯控制發送的數據包的二進制相加然后取反，檢測數據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 給發送的每一個包進行編號，接收方對數據包進行排序，把有序數據傳送給應用層確認 + 超時重傳的機制當 TCP 發出一個段后，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，將重發這個報文段。流量控制