常见问题:计算机网络/运输层/TCP
TCP
面向连接，全双工，点对点。
TCP头格式
- TCP包没有IP地址，IP地址在网络层的IP协议中，TCP包包括源端口号，目标端口号
- 一个TCP连接需要四个元祖表明是同一连接(src_ip,src_port,dst_ip,dst_port)
- 非常重要的几个字段:
- sequnces number 包的序号，解决网络包乱序问题。
- acknoledgement number ACK，用于确认收到，解决不丢包的问题，ACK的值是“期望对方发的包的seq”
- Window 滑动窗口，用于解决控流
- TCP Flag， 用于操控TCP的状态机。
连接与断开
背下来下面这张图:
这张图很好的阐述了三次握手和四次挥手，握手三次挥手四次原因如下：
握手时，双方仅需要互相知道对方的ISN(也就是Inital Sequence Number)，也就是上图中的SYN的seq，这个号要作为以后的数据通信序号，实际上第三次握手时已经可以携带数据。挥手可以理解为两个来回，发送方和接收方都需要FIN和ACK，对于被动方，在回复对方的断开连接请求后，需处理好自身状态，发送自己的断开请求。发送方收到被动方的断开请求后，回复并进入TIME_WAIT状态，该状态持续2MSL。
TCP的TIME_WAIT
设置为2MSL的原因是，如果被动方没收到ACK，就会重发FIN，一来一回刚好2MSL。此外，这样做有足够的时间让这个连接不会和后面的连接混在一起。TIME_WAIT如果数量太多，会比较消耗系统资源，可以更改tcp_tw_reuse和tcp_tw_recycle开关，但使用这两个开关要求双方必须打开tcp_timestamps，因此这些改变可能引发诡异问题，官方不建议。
对抗DDOS
对抗DDOS攻击，可以用tcp_max_tw_buckets来控制TIME_wait的数量，默认180000，超过限制后，系统会把多的TIME_WAIT destroy掉，然后日志打警告。
TCP的半连接
三次握手过程中，服务器发送SYN=1,ACK=1的包后，收到客户端的ACK包前的TCP连接为半连接。此时可能受到SYN攻击，即攻击客户端短时间内伪造大量不存在的IP地址，向服务器不断发送SYN包，服务器回复确认包并等待客户的确认，由于源地址不存在，服务器需要不断地重发至超时(Linux默认重试次数为5，重试间隔为1s,2s,4s,8s,16s,确定第五次超时需要32s，共计63s TCP才断开这个连接)，这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列，正常的SYN请求被丢弃，导致系统运行缓慢，网络堵塞，系统瘫痪。
TCP KeepAlive
TCP的连接是软件层概念非物理层概念，TCP双方并不是一直存在数据交互，而是使用KeepAlive机制实现。
TCP KeepAlive基本原理：隔一段时间发送一个探测包，若收到对方回应的ACK，则认为连接存活，若超过一定重试次数还是没有收到回应，则丢弃该TCP连接。
TCP的可靠性控制
接收方会返回最后一次接收正确的报文的+1序号(ACK为序号期望值)。如果发送方连续三次收到同一个ACK值，则说明从该发送报文后的报文已丢失，因而重传序号为该ACK值的包（该设计也称为快速重传）。接收方收到失序数据时，会将失序数据缓存(数量没办法超过滑动窗口的大小)，收到序号为当前ACK的包后，ACK会变为下一期望包。例如，接收方没收到3，收到4和5，则缓存4和5，待3收到后，ACK直接设置为6。
TCP的拥塞控制
拥塞控制作用于网络，防止过多数据注入网络中，避免网络负载过大。其方案主要为慢开始，拥塞避免和快重传，快重传上面已经说过，不待超时，收到三个相同ACK则重传。下面讲一下慢开始和拥塞避免算法。
发送方维持一个叫拥塞窗口cwnd的状态变量，该窗口大小动态变化，发送方的发送窗口小于等于拥塞窗口。只考虑发送方单工传输，慢开始即cwnd大小从1开始，每次收到接收方的确认，则cwnd翻倍，直到cwnd>ssthresh(慢开始限制)，此后，cwnd的变化改为使用拥塞避免算法。
拥塞避免算法中cwnd增长更加缓慢，每经过一个往返，cwnd就加1，线性缓慢增长。
无论慢开始阶段还是拥塞避免阶段，只要发送方判断出现网络阻塞，就把sshthresh设置为出现拥塞的发送窗口大小的一半(但不小于2)，然后cwnd重置为1，重新开始慢开始算法，以迅速减少主机发到网络中的分组数，使拥塞的路由器有足够时间把队列中积压的分组处理完毕。
