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TCP面试

news 2025/7/31 9:19:30

一、TCP协议基础

什么是TCP协议？
- TCP（Transmission Control Protocol）即传输控制协议，是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。它由IETF的RFC 793定义，为互联网中的数据通信提供了稳定的传输机制。
TCP协议的特点有哪些？
- 面向连接：TCP在数据传输之前需要建立连接，通信结束后会断开连接。
- 可靠传输：TCP确保数据包正确无误地从源点传送到目的地，若数据包在传输过程中丢失或出错，会被重新发送。
- 全双工通信：TCP允许数据在两个方向上同时传输，提高了通信效率。
- 流量控制：TCP通过滑动窗口机制进行流量控制，避免快速发送方压倒慢速接收方。
- 拥塞控制：TCP实施拥塞控制策略来避免网络拥塞，如慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复等。
- 有序传输：TCP保证数据按发送时的顺序到达接收端。
TCP和UDP的主要区别是什么？
- TCP是面向连接的、可靠的协议，而UDP是无连接的、不可靠的协议。TCP提供数据的顺序传输和错误校验，UDP则更加注重速度和效率。

二、TCP连接管理

解释TCP的三次握手过程。
三次握手是建立TCP连接的过程，包括SYN（同步序列编号）、SYN-ACK（同步和确认）、ACK（确认）三个步骤。具体过程如下：

第一次握手：客户端发起连接请求

客户端动作：发送一个SYN报文（同步序列编号），包含：

1.随机生成的初始序列号（seq=x）。

2.标志位SYN=1（表示请求连接）。

状态变化：客户端进入SYN_SENT状态。

图片示例：

客户端服务器
| |
|------ SYN (seq=x) ---------------->|
| |

第二次握手：服务器确认并响应

服务器动作：收到SYN后，回复SYN-ACK报文，包含：

1.确认号ack=x+1（表示已收到客户端的seq=x）。

2.服务器随机生成的初始序列号seq=y。

3.标志位SYN=1和ACK=1。

状态变化：服务器进入SYN_RCVD状态。

图片示例：

客户端服务器
| - |
|------ SYN (seq=x) ------------------------> |
|<---- SYN-ACK (seq=y, ack=x+1) ---- -|
|---------------------------------------------------|

第三次握手：客户端确认连接建立

客户端动作：收到SYN-ACK后，发送ACK报文，包含：

1.确认号ack=y+1（表示已收到服务器的seq=y）。

2.标志位ACK=1（此时SYN=0，因为无需再同步）。

状态变化：客户端和服务器均进入ESTABLISHED状态，连接建立成功。

图片示例：

客户端服务器
| |
|------ SYN (seq=x) ---------------->|
|<---- SYN-ACK (seq=y, ack=x+1) ----|
|------ ACK (ack=y+1) ------------->|
| |

完整交互时序图

客户端服务器
| |
|------ SYN (seq=x) ---------------->| # 第一次握手
|<---- SYN-ACK (seq=y, ack=x+1) ----| # 第二次握手
|------ ACK (ack=y+1) ------------->| # 第三次握手
| |
|------ 数据传输 ------------------->| # 连接建立，开始通信

关键点说明

1、序列号的作用：确保数据按序到达，解决网络中报文乱序问题。

2、三次握手的必要性：

1.防止历史重复连接导致混乱。

2.同步双方的初始序列号（ISN）。

3.确保双方收发能力正常（通过三次交互验证）。

TCP为什么需要三次握手？
- 三次握手的主要原因是防止旧的重复连接引起连接混乱问题，以及同步初始化序列号。在网络状况复杂或较差的情况下，发送方可能会连续发送多次建立连接的请求。如果TCP握手的次数只有两次，接收方只能选择接受请求或者拒绝接受请求，但它并不清楚这次的请求是正常的请求，还是由于网络环境问题而导致的过期请求。如果是过期请求，就会造成错误的连接。三次握手可以实现TCP初始化序列号的确认工作，确保消息的顺序。
解释TCP的四次挥手过程。
- 四次挥手是TCP关闭连接的过程，包括FIN（结束）、ACK（确认）、FIN（结束）、ACK（确认）四个步骤。具体过程如下：
  1. 客户端发送FIN包到服务器，表示不再发送数据，并进入FIN_WAIT_1状态。
  2. 服务器收到FIN包后，发送ACK包作为确认，并进入CLOSE_WAIT状态。
  3. 服务器发送完所有数据后，发送FIN包到客户端，表示不再发送数据，并进入LAST_ACK状态。
  4. 客户端收到FIN包后，发送ACK包作为确认，并进入TIME_WAIT状态。等待2MSL（最大段生存期）后，客户端进入CLOSED状态，服务器收到ACK包后也进入CLOSED状态，连接关闭成功。
为什么挥手需要四次？
- TCP的四次挥手是为了确保数据流的正确和可靠地关闭。这需要双方都明确地确认关闭请求，并确保所有的数据包都已接收或处理。通过四次挥手，每一方都可以确认对方已经完成了数据传输和接收的准备工作。

三、TCP可靠性保障

TCP如何保证数据的可靠性？
- TCP通过序列号、确认应答、重传机制、流量控制和拥塞控制等机制来保证数据的可靠传输。
TCP的超时重传机制是如何工作的？
- 当TCP发送数据后，如果在规定时间内没有收到对方的确认应答，则会认为数据丢失并重新发送该数据包。
TCP的流量控制是如何实现的？
- TCP通过滑动窗口机制实现流量控制。接收方通过TCP报文段中的窗口字段来控制发送方窗口大小，从而影响发送方的发送速率。