02-常见的面试题目-TCP
TCP是在IP网络层之上的传输层协议，用于提供port到port面向连接的可靠的字节流传输。
port到port：IP层只管数据包从一个IP到另一个IP的传输，IP层之上的TCP层加上端口后，就是面向进程了，每个port都可以对应到用户进程。
1. TCP和UDP的区别和优缺点及应用场景
https://www.cnblogs.com/GuoXinxin/p/11657676.html
①TCP协议是有连接的，有连接的意思是开始传输实际数据之前TCP的客户端和服务器端必须通过三次握手建立连接，会话结束之后通过四次挥手结束连接。而UDP是无连接的
②TCP协议保证数据按序发送，按序到达，提供超时重传来保证可靠性，但是UDP不保证按序到达，甚至不保证到达，只是努力交付，即便是按序发送的序列，也不保证按序送到。
③TCP有流量控制和拥塞控制，而UDP没有，所以UDP即使网络拥堵客户端的发送速率也不会有影响
④TCP协议所需资源多，TCP首部需20个字节（不算可选项），UDP首部字段只需8个字节。
⑤TCP只支持一对一通信，而UDP支持一对一，一对多，多对多通信
⑥TCP是面向字节流，可靠的服务，，发送的是一个流数据。UDP是面向报文，不可靠的服务，一个一个的发，一个一个的收。
⑦TCP注重数据安全性，UDP数据传输快，因为不需要连接等待，少了许多操作，但是其安全性却一般
采用TCP传输协议的MSN比采用UDP的QQ传输文件慢
但并不能说QQ的通信是不安全的，因为程序员可以手动对UDP的数据收发进行验证， 比如发送方对每个数据包进行编号然后由接收方进行验证什么的。
2. TCP三次握手及原因
为什么不能进行两次握手？
现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发 送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S 是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。
3. 三次握手过程中有哪些不安全性
1）伪装的IP向服务器发送一个SYN请求建立连接，然后服务器向该IP回复SYN和ACK，但是找不到该IP对应的主机，当超时时服务器收不到ACK会重复发送。当大量的攻击者请求建立连接时，服务器就会存在大量未完成三次握手的连接，服务器主机backlog被耗尽而不能响应其它连接。即SYN泛洪攻击 ，（属于DOS的一种，发送大量的半连接请求，耗费CPU和内存资源，引起网络堵塞甚至系统瘫痪）
当你服务器上看到大量的半连接状态时，特别是源IP地址是随机的，基本上可以断定这是一次SYN攻击。在Linux下可以如下命令检测是否被Syn攻击
netstat -n -p TCP | grep SYN_RECV
防范措施：
1、降低SYN timeout时间，使得主机尽快释放半连接的占用
2、采用SYN cookie设置，如果短时间内连续收到某个IP的重复SYN请求，则认为受到了该IP的攻击，丢弃来自该IP的后续请求报文
3、在网关处设置过滤，拒绝将一个源IP地址不属于其来源子网的包进行更远的路由
2）当一个主机向服务器发送SYN请求连接，服务器回复ACK和SYN后，攻击者截获ACK和SYN。然后伪装成原始主机继续与服务器进行通信
4. TCP四次挥手及原因
5. 为什么TCP可以可靠传输
拥塞控制，流量窗口，慢启动，快重传，快恢复。。。。
6. TIME_WAIT状态持续时间及原因
- 为了可靠的断开TCP连接，假设最后客户端回复的ACK丢失，服务器端会在超时时间到来时，重传最后一个FIN包。ACK和FIN在网络中的最长生存时间就为2MSL，这样就可以可靠的断开TCP的双向连接。
- 一个数据包在网络中的最长生存时间为MSL，持续2MSL时间，可以让上一次连接的数据包在网络中消失，以防影响下一次连接。
所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime最大 报文段存活时间（往返时间）)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。
7. 超时重传和快速重传
- 超时重传：当超时时间到达时，发送方还未收到对端的ACK确认，就重传该数据包
- 快速重传：当后面的序号先到达，如接收方接收到了1、 3、 4，而2没有收到，就会立即向发送方重复发送三次ACK=2的确认请求重传。如果发送方连续收到3个相同序号的ACK，就重传该数据包。而不用等待超时
8. TCP首部长度，有哪些字段（画出TCP报文）？及TCP选项有哪些？
最少20字节，因为TCP的头部中20字节的首部是固定的
TCP首部选项字段多达40B，一些常用的字段有：
1）选项结束字段（EOP，0x00），占1B，一个报文段仅用一次。放在末尾用于填充，用途是说明：首部已经没有更多的消息，应用数据在下一个32位字开始处
2）无操作字段（NOP, 0x01），占1B，也用于填充，放在选项的开头
3）MSS（最大报文段长度），格式如下：种类（1B，值为2），长度（1B，值为4），数值（2B）
用于在连接开始时确定MSS的大小，如果没有确定，就用默认的（一般实现是536B）
4）窗口扩大因子，格式如下：种类（1B，值为3），长度（1B，值为3),数值（1B）
新窗口值 = 首部窗口值 * 2的（扩大因子）次方
当通信双方认为首部的窗口值还不够大的时候，在连接开始时用这个来定义更大的窗口。仅在连接开始时有效。一经定义，通信过程中无法更改。
5）时间戳（应用测试RTT和防止序号绕回）
6）允许SACK和SACK选项
9. TCP在listen时的参数backlog的意义
linux内核中会维护两个队列：
1）未完成队列：接收到一个SYN建立连接请求，处于SYN_RCVD状态
2）已完成队列：已完成TCP三次握手过程，处于ESTABLISHED状态
当有一个SYN到来请求建立连接时，就在未完成队列中新建一项。当三次握手过程完成后，就将套接口从未完成队列移动到已完成队列。
backlog曾被定义为两个队列的总和的最大值，也曾将backlog的1.5倍作为未完成队列的最大长度，一般将backlog指定为5 。
10. accept发生在三次握手的哪一步
accept会监听已完成队列是否非空，当队列为空时，accept就会阻塞。当队列非空时，就从已完成队列中取出一项并返回。
而已完成队列中的都是三次握手过程已经完成的，因此accept发生在三次握手之后。
三次握手是发生在connect函数中，connect函数执行成功就相当于已经建立三次握手
11. 有哪些应用层协议是基于TCP的，哪些是基于UDP的
- TCP： FTP、HTTP、Telnet、SMTP、POP3、HTTPS
- UDP：DNS、SNMP、NFS
12. TCP报文长度是在TCP三次握手中哪一次确定的(第三次)
这个是关于TCP报文的最大报文段长度mss的相关问题。在TCP连接的前两次握手中（SYN报文中），通信双方都会在选项字段中告知对方自己期待收到最大报文长度（mss值），以双方两个SYN报文中最小的mss最为本次数据传输的mss值。通信双方以“协商”的方式来确定报文长度的，前两次握手是告诉对方自己的mss值，在第三次握手确定mss值。
13. TCP报文长度是由什么确定的
这个跟具体传输网络有关，以太网的MTU为1500字节，Internet的MTU为576字节。
MTU是网络层的传输单元，那么MSS = MTU - 20字节（IP首部） - 20字节（TCP首部）。所以以太网的MSS为1460字节，而Internet的MSS为536字节。
14. 如果TCP连接过程中，第三次握手失败怎么办
server端发送了SYN+ACK报文后就会启动一个定时器，等待client返回的ACK报文。如果第三次握手失败的话client给server返回了ACK报文，server并不能收到这个ACK报文。那么server端就会启动超时重传机制，超过规定时间后重新发送SYN+ACK，重传次数根据/proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries来指定，默认是5次。如果重传指定次数到了后，仍然未收到ACK应答，那么一段时间后，server自动关闭这个连接。但是client认为这个连接已经建立，如果client端向server写数据，server端将以RST包响应，方能感知到server的错误。
15. DOS攻击 拒绝服务攻击
DoS（分布式拒绝服务攻击） DOS攻击利用合理的服务请求占用过多的服务资源，使正常用户的请求无法得到响应。
常见的DOS攻击有计算机网络带宽攻击和连通性攻击。
- 带宽攻击指以极大的通信量冲击网络，使得所有可用网络资源都被消耗殆尽，最后导致合法的用户请求无法通过。
- 连通性攻击指用大量的连接请求冲击计算机，使得所有可用的操作系统资源都被消耗殆尽，最终计算机无法再处理合法用户的请求。
16. 死亡值ping ？？？
许多操作系统的TCP/IP协议栈规定ICMP包大小为64KB（网间控制报文），且在对包的标题头进行读取之后，要根据该标题头里包含的信息来为有效载荷生成缓冲区。 ”死亡值ping”就是故意产生畸形的测试ping包，声称自己的尺寸超过ICMP上限，也就是加载的尺寸超过64KB上限，使未采取保护措施的网络系统出现内存分配错误，导致TCP/IP协议栈崩溃，最终接收方宕机。 图
17. 画一下TCP的状态转移图
18. 如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？
TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。
服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。
19. 为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手
因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。
21. 通过TCP协议建立连接的两方，如果一方突然发生故障（比如断电）断开了连接，那么一下说法错误的是（）?
-
A: TCP协议会自动检测连接是否断开，经过一段时间后另外一段会收到TCP连接断开的通知
-
B: 如果设置了TCP_KEEPALIVE，那么对端能够马上收到断开的信息
-
C: 可以自己实现心跳检测的方法来确定对方是不是已经断开连接
-
D: 另外一方能够马上知道连接已经断开
正确答案：A B D
TCP连接不能自动检查断连的现象; 所以A选项错误
20. TCP中出现RST包的几种情况
在TCP协议中RST表示复位，用来异常的关闭连接，在TCP的设计中它是不可或缺的。发送RST包关闭连接时，不必等缓冲区的包都发出去，直接就丢弃缓存区的包发送RST包。而接收端收到RST包后，也不必发送ACK包来确认。
共有四种情况：
1 端口未打开
服务器程序端口未打开而客户端来连接。这种情况是最为常见和好理解的一种了。去telnet一个未打开的TCP的端口可能会出现这种错误。这个和操作系统的实现有关。在某些情况下，操作系统也会完全不理会这些发到未打开端口请求。
比如在下面这种情况下，主机241向主机114发送一个SYN请求，表示想要连接主机114的40000端口，但是主机114上根本没有打开40000这个端口，于是就向主机241发送了一个RST。这种情况很常见。特别是服务器程序core dump之后重启之前连续出现RST的情况会经常发生。
当然在某些操作系统的主机上，未必是这样的表现。比如向一台WINDOWS7的主机发送一个连接不存在的端口的请求，这台主机就不会回应。
2 请求超时
曾经遇到过这样一个情况:一个客户端连接服务器，connect返回-1并且error=EINPROGRESS。 直接telnet发现网络连接没有问题。ping没有出现丢包。用抓包工具查看，客户端是在收到服务器发出的SYN之后就莫名其妙的发送了RST。
比如像下面这样：
有89、27两台主机。主机89向主机27发送了一个SYN，表示希望连接8888端口，主机27回应了主机89一个SYN表示可以连接。但是主机27却很不友好，莫名其妙的发送了一个RST表示我不想连接你了。
后来经过排查发现，在主机89上的程序在建立了socket之后，用setsockopt的SO_RCVTIMEO选项设置了recv的超时时间为100ms。而我们看上面的抓包结果表示，从主机89发出SYN到接收SYN的时间多达110ms。（从15:01:27.799961到15:01:27.961886， 小数点之后的单位是微秒）。因此主机89上的程序认为接收超时，所以发送了RST拒绝进一步发送数据。
3 提前关闭
关于TCP，我想我们在教科书里都读到过一句话，'TCP是一种可靠的连接'。 而这可靠有这样一种含义，那就是操作系统接收到的来自TCP连接中的每一个字节，我都会让应用程序接收到。如果应用程序不接收怎么办？你猜对了，RST。
例子：
server：监听一个TCP端口然后当有客户端来连接的时候fork一个子进程来处理。每次只是读socket的前4096个字节，然后就关闭掉连接。
client：打开一个socket然后连接一个服务器并发送5000个字节。刚才我们看服务器的代码，每次只接收4096个字节。
那么就是说客户端发送的剩下的4个字节服务端的应用程序没有接收到，服务器端的socket就被关闭掉。
这种情况下会发生什么状况呢，还是抓包看一看。
前三行就是TCP的3次握手，从第四行开始看，客户端的49660端口向服务器的9877端口发送了5000个字节的数据，然后服务器端发送了一个ACK进行了确认，紧接着服务器向客户端发送了一个RST断开了连接。和我们的预期一致。
4 在一个已关闭的socket上收到数据
如果某个socket已经关闭，但依然收到数据也会产生RST。
客户端在服务端已经关闭掉socket之后，仍然在发送数据。这时服务端会产生RST。
21. 服务端几种情况下的操作：
如果客户端已经接受到一个RST数据报的时候，这个时候在向服务器端发送数据的时候，内核会向客户端进程发送一个SIGPIPE信号，是客户端进程结束。
服务器主机崩溃的状态：
如果，客户端和服务器已经建立了连接的时候，此时服务器崩溃（达到这一标准可以把服务器的网线拔掉，这个时候，服务器就不能发送FIN数据报了，和关机不一样的）
此时如果客户端向服务器发送数据的时候，因为服务器已经不存在了，那么客户端就不能接受到服务器给客户端的ack信息，这个时候，客户端建立的是TCP连接，就会重发数据报，发送多少次之后就会返回超时，前面所说的ETIMEOUT。
服务器主机崩溃后重启：
当客户端和服务器已经建立连接的时候，服务器发生崩溃，重新启动的时候，丢失了原来和客户端的连接信息，这个时候，当客户端向服务器发送数据的时候（客户端并不知道，服务器已经忘记三次握手了），此时服务器发送RST数据报，就结束了客户端的发送。
服务器关机：
会断开tcp连接，会发送FIN数据报
22. 从TCP协议的原理来谈谈rst复位攻击
TCP是在IP网络层之上的传输层协议，用于提供port到port面向连接的可靠的字节流传输。
port到port：IP层只管数据包从一个IP到另一个IP的传输，IP层之上的TCP层加上端口后，就是面向进程了，每个port都可以对应到用户进程。
1、为了能够说清楚下面的RST攻击，需要结合上图说说：SYN标志位、序号、滑动窗口大小。
建立连接的请求中，标志位SYN都要置为1，在这种请求中会告知MSS段大小，就是本机希望接收TCP包的最大大小。
发送的数据TCP包都有一个序号。它是这么得来的：最初发送SYN时，有一个初始序号，根据RFC的定义，各个操作系统的实现都是与系统时间相关的。之后，序号的值会不断的增加，比如原来的序号是100，如果这个TCP包的数据有10个字节，那么下次的TCP包序号会变成110。
滑动窗口用于加速传输，比如发了一个seq=100的包，理应收到这个包的确认ack=101后再继续发下一个包，但有了滑动窗口，只要新包的seq与没有得到确认的最小seq之差小于滑动窗口大小，就可以继续发。
2、滑动窗口
滑动窗口毫无疑问是用来加速数据传输的。TCP要保证“可靠”，就需要对一个数据包进行ack确认表示接收端收到。
- 有了滑动窗口，接收端就可以等收到许多包后只发一个ack包，确认之前已经收到过的多个数据包。
- 有了滑动窗口，发送端在发送完一个数据包后不用等待它的ack，在滑动窗口大小内可以继续发送其他数据包。
举个例子来看吧。
标志位为.表示所有的flag都为0。标志位P表示flag为PSH的TCP包，用于快速传输数据。
前三个包是三次握手，客户端表示自己的滑动窗口大小是65535（我的XP机器），服务器端表示滑动窗口是5840（屏幕宽了，没截出来）。从第四个包开始，客户端向服务器发送PSH包，数据长度是520字节，服务器发了ack确认包。注意此时win窗口大小发生了改变哈。以此类推。
倒数第二、三包，服务器在滑动窗口内连续向客户端发包，客户端发送的ack 124同时确认了之前的两个包。这就是滑动窗口的功能了。
3、RST攻击
A和服务器B之间建立了TCP连接，此时C伪造了一个TCP包发给B，使B异常的断开了与A之间的TCP连接，就是RST攻击。
那么伪造什么样的TCP包可以达成目的呢？我们至顶向下的看。
假定C伪装成A发过去的包，这个包如果是RST包的话，毫无疑问，B将会丢弃与A的缓冲区上所有数据，强制关掉连接。
如果发过去的包是SYN包，那么，B会表示A已经发疯了（与OS的实现有关），正常连接时又来建新连接，B主动向A发个RST包，并在自己这端强制关掉连接。
这两种方式都能够达到复位攻击的效果。似乎挺恐怖，然而关键是，如何能伪造成A发给B的包呢？这里有两个关键因素，源端口和序列号。
一个TCP连接都是四元组，由源IP、源端口、目标IP、目标端口唯一确定一个连接。所以，如果C要伪造A发给B的包，要在上面提到的IP头和TCP头，把源IP、源端口、目标IP、目标端口都填对。这里B作为服务器，IP和端口是公开的，A是我们要下手的目标，IP当然知道，但A的源端口就不清楚了，因为这可能是A随机生成的。当然，如果能够对常见的OS如windows和linux找出生成source port规律的话，还是可以搞定的。
序列号问题是与滑动窗口对应的，伪造的TCP包里需要填序列号，如果序列号的值不在A之前向B发送时B的滑动窗口内，B是会主动丢弃的。所以我们要找到能落到当时的AB间滑动窗口的序列号。这个可以暴力解决，因为一个sequence长度是32位，取值范围0-4294967296，如果窗口大小像上图中我抓到的windows下的65535的话，只需要相除，就知道最多只需要发65537（4294967296/65535=65537）个包就能有一个序列号落到滑动窗口内。RST包是很小的，IP头＋TCP头也才40字节，算算我们的带宽就知道这实在只需要几秒钟就能搞定。
那么，序列号不是问题，源端口会麻烦点，如果各个操作系统不能完全随机的生成源端口，或者黑客们能通过其他方式获取到source port，RST攻击易如反掌，后果很严重。
23. OSI与TCP/IP各层的结构和功能，协议和作用
OSI七层模型对应TCP/IP四层模型，只是分法不同而已。
应用层：提供应用层服务，文件传输(FTP)，电子邮件(SMTP)， 主要的协议还有HTTP（超文本传输协议），DNS，和telnet
表示层：用于数据格式化，代码转换，数据加密，没有协议
会话层：解除或建立与别的接点的联系，没有协议
传输层：TCP UDP
网络层： IP ICMP（ping主要实现）， OSPF(全局泛洪，主要用于IP选路)
数据链路层 ARP（地址解析协议，根据IP地址获得MAC地址）
物理层：
按照TCP/IP分的话，就四层：应用层，传输层，网络层还有不知道叫什么名字，主机到网络层？（包含物理层和数据链路层）
宿舍用的是路由器还是交换机？
22. TCP拥塞控制
拥塞控制就是防止过多的数据注入到网络中，这样使得网络中的路由器或者链路不至于过载。TCP拥塞控制方法主要包括：慢开始，拥塞避免，快重传和快恢复。
慢开始是指发送方先设置cwnd=1，一次发送一个报文段，随后每经过一个传输轮次，拥塞串口cwnd就加倍，其实增长并不慢，以指数形式增长。还要设定一个慢开始门限，当cwnd>门限值，改用拥塞避免算法。拥塞避免算法使cwnd按线性规律缓慢增长。当网络发生延时，门限值减半，拥塞窗口执行慢开始算法。
之后又提出了快重传和快恢复，见下一题
23. TCP快速重传与快速恢复原理
24. 滑动窗口协议
25. 回退n针协议
26. 选择重传协议
27. 超时重传
28. tcp/ip 端口范围
29. TCP/IP中MSL详解及MSL 字段类型范围大小字节大小
30. MSL、TTL和RTT
28. 以太网与Internet的区别
29. 找UDP编程的项目
以上收集于：
http://www.pianshen.com/article/3633335616/
https://msd.misuland.com/pd/3094725972029606300
https://blog.csdn.net/wendy_keeping/article/details/76098504
https://www.cnblogs.com/huajiezh/p/7492416.html
