c.3 第三章小结

运输层的作用（多路复用和多路分解）

将两个端系统间IP的交付服务扩展为运行在端系统上两个进程之间的交付服务，即运输层的多路复用和多路分解；保证数据的正确性；实现可靠数据传输；拥塞控制。

TCP 三次握手和四次挥手

三次握手

• 客户端发送一个请求建立连接的报文给服务端。

• 服务端接收到请求报文，为连接分配缓存和变量，并返回一个确认报文。

• 客户端接收到 SYNACK 报文，为连接分配缓存和变量，并返回一个确认报文。

为什么要三次握手

主要目的防止server端一直等待，浪费资源。

四次挥手

• 主动关闭方发送一个 FIN，用来关闭主动方到被动关闭方的数据传送。

• 被动关闭方收到 FIN 包后，发送一个 ACK 给对方。

• 被动关闭方发送一个 FIN，用来关闭被动关闭方到主动关闭方的数据传送。

• 主动关闭方收到 FIN 后，发送一个 ACK 给被动关闭方。

为什么要四次挥手

由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。

• 当主动方请求关闭TCP连接，向被动方发送一个FIN。

• 被动方接受到关闭请求，会立即回复一个ACK，以防主动方重复的发送关闭请求，然后通知应用进程。

• 应用进程确认后，被动方会发送一个FIN到主动方。

• 主动方回复一个ACK给被动方。

TCP 和 UDP 报文头格式

• TCP报文头格式：首部9个字段，2个字节的源端口号和目的端口号，4个字节的确认号（解决不丢包的问题）和序列号（解决网络包乱序问题）， 4个比特首部长度和6个比特的标志字段（剩余6个比特为保留字段），2个字节的接收窗口（解决流控）、因特网效验和和紧急指针。

• UDP报文头格式：首部仅4个字段，每个字段两个字节，源端口号、目的端口号、长度和检验和，一共八个字节。

TCP 和 UDP 的区别

• TCP提供面向连接的、可靠的数据流传输；而UDP提供的是非面向连接的、不可靠的数据流传输。

• TCP面向字节流，UDP面向报文。

• TCP注重数据安全性，UDP数据传输快。

• TCP提供拥塞控制，而UDP没有。

• TCP首部开销20字节，UDP的首部开销小，只有8个字节。

使用TCP的应用层协议：HTTP、Telnet、SMTP；使用UDP的应用层协议：DNS、TFTP。

TCP SYN泛洪攻击

SYN泛洪攻击（SYN Flood Attack）：发送大量的SYN报文请求建立连接，而不完成第三次握手，导致服务器不断为半开连接分配资源直至资源耗尽。

TCP 重传机制

TCP要保证所有的数据包都可以到达，所以，必需要有重传机制。而在TCP协议中接收端给发送端的Ack确认只会确认最后一个连续的包。例如发送端发送了1-5一共5份数据包，接收端收到了1和2，于是回复Ack=2，然后又收到了4，但是3还未收到。

超时重传机制：死等3，当发送方发现收不到3的ack超时后，会重传3。一旦接收方收到3后，会回复Ack=4，意味着3和4都收到了。而对于发送方，重发数据有两种选择：

• 仅重传timeout的包，这种方法节省带宽，但是慢，需要等待接收方的确认。

• 重传timeout后面所有的包，这种方法虽然较快，但是浪费带宽。

快速重传机制：发送端收到了三个Ack=2的确认后，知道3发送失败，会重新发送3。 SACK 方法：在TCP头里加一个SACK的东西，ACK还是Fast Retransmit的ACK，SACK则是汇报收到的数据碎版。

TCP 如何保证可靠数据传输

滑动窗口协议：滑动窗口协议是传输层进行流控的一种措施，它允许发送方在停止并等待确认前发送多个数据分组。发送窗口大小 swnd = min(rwnd, cwnd)，其中 rwnd 为接收窗口大小，cwnd 为拥塞窗口。（例：连续ARQ协议）

拥塞控制：

• 慢启动状态（Slow-start）：初始 cwnd 值较小，为一个最大报文段（MSS）大小。

  • 每接收到一个确认报文，cwnd 增加一个的MSS，即无拥塞状态下指数增长；

  • 当 cwnd 大于等于 ssthresh 时，慢启动模式停止，进入拥塞避免模式；

  • 出现丢包事件，采用快速重传机制；

  • 检测到3个冗余ACK，采用快速恢复机制；

• 拥塞避免状态：每个 RTT 只将 cwnd 增加一个 MSS，线性增加。

  • 出现丢包事件，采用快速重传机制；

  • 检测到3个冗余ACK，采用快速恢复机制；

• 快速重传机制：ssthresh=cwnd/2，cwnd=1，进入慢启动状态。

• 快速恢复机制：ssthresh=cwnd/2，cwnd=ssthresh，进入拥塞避免状态。

TCP 协议中的 KeepAlive

为什么要 KeepAlive：链接建立之后，如果应用程序或者上层协议一直不发送数据，或者隔很长时间才发送一次数据，当链接很久没有数据报文传输时如何去确定对方还在线，到底是掉线了还是确实没有数据传输，链接还需不需要保持，这种情况在 TCP 协议设计中是需要考虑到的。

KeepAlive：当超过一段时间之后，TCP自动发送一个数据为空的报文给对方，如果对方回应了这个报文，说明对方还在线，链接可以继续保持，如果对方没有报文返回，并且重试了多次之后则认为链接丢失，没有必要保持链接。