20250113面试鸭特训营第21天

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250113

1. 说说 TCP 的四次挥手

四次挥手

• 第 1 次：客户端 → 服务端，发送 FIN 包（FIN = 1，表示要关闭连接）。
  • 客户端表达了想和服务端断开连接的意愿。
  • 客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。
  • 服务端接受到 FIN 后，不再接收数据，但仍可能继续发送数据。
• 第 2 次：服务端 → 客户端，发送 ACK 包（ACK = 1，表示确认收到客户端的请求）。
  • 服务端收到了客户端的意愿。
  • 服务端进入 CLOSE_WAIT 状态。
  • 客户端今日 FIN_WAIT_2 状态。
• 第 3 次：服务端 → 客户端，发送 FIN 包。
  • 服务端将所有数据发送给客户端。
  • 服务端进入 LAST_ACK 状态。
  • 客户端手动 FIN 后，准备关闭连接。
• 第 4 次：客户端 → 服务端，发送 ACK 包（ACK = 1，表示确认收到服务端的请求）。
  • 客户端收到了服务端的意愿。
  • 客户端进入 TIME_WAIT 状态，等待可能延迟的 FIN 包。
  • 服务端收到 ACK 后，关闭连接，进入 CLOSE 状态。
  • 客户端在 TIME_WAIT 计时结束后（2MSL），正式关闭连接。

为什么一定是四次

• TCP 在断开连接时，客户端和服务端都需要关闭连接，才能保证数据不丢失。
• 每一次关闭连接都是 一次 FIN（我发完了） 和 一次 ACK（我收到了） 。
• 客户端和服务端各一次 FIN + ACK ，总共是四次通信。

什么情况下可以只有三次挥手

• 客户端给服务端发送 FIN 包后，服务端收到 FIN 包时【没有数据要发送给客户端】。
• 这时候服务端会把 FIN 和 ACK 一起发给客户端（第 2 次和第 3 次挥手合并了）。
• 这种情况下只有三次挥手。

2. 说说TCP 的粘包和拆包

• 粘包和拆包现象通常出现在基于TCP协议的网络通信中。

• 由于TCP是面向字节流的协议，发送方和接收方的数据在传输过程中是以字节流的方式进行传输的，数据的边界并不是由TCP协议本身来界定的。

粘包

• 造成原因
  • 由于 TCP 缓冲区大小的限制，多个小的数据包被合并成一个大的数据包进行发送，接收方需要拆除完整的数据包。

拆包

• 造成原因
  • 由于 TCP 缓冲区大小的限制，一个大的数据包被拆分成多个小的数据包包进行发送，接收方需要识别并重组这些分散的数据。

解决方案

• 固定长度协议
  • 发送方将每个数据包的长度固定，接收方每次读取固定长度的数据。
  • 简单方便，但不易于拓展，且由于需要填充空格会导致浪费空间。
  • 适合场景：传输内容长度固定。
• 分隔符
  • 在数据包中间用特定的分隔符来区分。
  • 读取方接收数据时通过分隔符判断是否到达边界。
  • 简单方便且不浪费空间，但必须保证分隔符不会出现在数据内容中。
• 消息头
  • 在消息的头部添加一个长度字段，用于标识消息的长度。
  • 接收方根据这个长度来读取响应长度的数据。

3. 说说 TCP 拥塞控制的步骤

前置知识点

• 名词解释

• 拥塞控制的目的
  • 为了避免在网络中发生过度的拥塞，保证网络传输的稳定性和效率。
• 拥塞控制的目标
  • 它的核心目标是根据网络状况动态调整发送速率，避免过多的数据包在网络中排队和丢失。
• 拥塞控制的实现方案
  • TCP 拥塞控制通常通过调整 【拥塞窗口 (cwnd)】 的大小来实现，拥塞窗口决定了发送方在等待确认之前能够发送的最大数据量。

拥塞控制的四个主要算法

• 慢启动：通过指数增长 cwnd 快速增加发送速率。
• 拥塞避免：一旦达到阈值，采用线性增长 cwnd 以减少网络拥塞风险。
• 快速重传：基于重复 ACK 快速发现丢包并重传数据。
• 快速恢复：在丢包发生后，尽量减少窗口大小并恢复传输，避免返回到慢启动状态。

拥塞控制的步骤

• 慢启动 （Slow Start）

  • 慢启动是 TCP 拥塞控制的第一个阶段，目的是快速增加拥塞窗口，以便尽快发现网络的承载能力，并避免过早进入拥塞状态。
  • 此阶段的拥塞窗口 cwnd 从一个较小的值开始，逐步增加。
    • 初始时，拥塞窗口(cwnd) 设置为 1 或 2（根据具体的实现，通常是 1）。
    • 每当一个数据包被确认，cwnd 就加倍，即指数增长。
    • 慢启动阶段一直持续，直到 cwnd 达到一个阈值 ssthresh（慢启动阈值）或检测到网络阻塞。

• 拥塞避免 （Congestion Avoidance）

  • 当 cwnd 达到慢启动阈值（ssthresh）后，TCP 进入拥塞避免阶段。
  • 在此阶段，cwnd 不再进行指数增长，而是采用线性增长的方式。
    • 每经过一个往返时间 (RTT)，cwnd 增加 1 个 MSS（最大报文段长度）。
  • 拥塞避免阶段通常比慢启动阶段增长更慢，避免了激烈的拥塞反应，保持网络稳定性。

• 快速重传（Fast Retransmit）

  • 接收方在收到一个失序的数据包时，会发送重复的 ACK 信号。
  • 发送方在收到三个重复的 ACK 后，认为该 ACK 对应的数据包丢失，立即重传被认为丢失的报文段，无需等待超时。
  • 这减少了重传的延迟，迅速应对数据丢失的情况。

• 快速恢复（Fast Recovery）

  • 在快速重传之后， TCP 会进入到快速恢复阶段。
  • 此时，TCP 不进入慢启动，cwnd 不会回到慢启动阶段的初始值，而是减小 cwnd 到 ssthresh 的一半，然后进入拥塞避免阶段，开始线性增加 cwnd ，以快速恢复到丢包前的传输速率。