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

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部分資料截圖

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

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

擁塞控制

當網絡擁塞時，減少數據的發送。發送方有擁塞窗口，發送數據前比對接收方發過來的接收窗口，取兩者的最小值---慢啟動、擁塞避免、擁塞發送、快速恢復