网络相关面试题及思考（TCP/UDP类）

画出TCP的4次挥手过程，为什么需要四次，不能三次吗

根据协议，当接收到对方的FIN包后，TCP需要发送ACK进行确认，但是不能将FIN与ACK一并发送，因为在发送FIN前需要将buffer区域的包先发送完毕之后才能够发送FIN包，此时对方仍可以继续发送ACK包，待全部包确认对方收到后才能发送FIN包，保证所有数据传输完整。

解释一下TCP的TIME-WAIT，为什么取值为2MSL？

在四次挥手中，发起FIN的一端在接收到对方的ACK，接收到对方的FIN包后会发送ACK确认对方的FIN，并且进入TIME-WAIT状态，此状态下等待2MSL后将会结束连接。如果对方在发送FIN包2MSL后（发送MSL+接收MSL=2MSL时间长度）没有收到ACK，将会重发FIN包，对于本方而言，同样地发送ACK最长为MSL时间+接收对方没有收到ACK而重发FIN包最长也是MSL时间，因此为2MSL。

如果服务端中存在大量的TIME-WAIT请分析下原因

由于提出FIN的一方在发送完ACK后进入TIME-WAIT状态，是不会再收到任何响应信息，此时TCP需要等待2MSL时间之后关闭连接。如果存在大量TIME-WAIT状态，则说明有很多时长<2MSL的连接建立和断开。如果一个连接时长<2MSL，它在一个2MSL的周期内建立和断开的话必然会导致重叠的时间窗，这个时间窗内就会出现重复的TIME-WAIT状态。

TCP 的三次握手是哪三次

第一次：
发起连接一方发送SYN报文，处于SYN-SENT状态。
第二次：
接收方发送ACK报文，确认收到的SYN，并且发送SYN报文建立连接，处于SYN-RECEIVED状态。
第三次：
发起方收到ACK报文，处于ESTABLISHED状态，并且收到对方的SYN请求，发送ACK报文确认对方的请求；接收方收到ACK后处于ESTABLISHED状态。

为什么需要第三次握手，没有第三次握手会有什么问题吗

如果没有第三次握手，接收方处于SYN-RECEIVED状态，发送方接收到了ACK，处于ESTABLISHED状态，此时如果协议规定不需要第三次握手，那么发送方开始发送数据（正常状态下），接收方正常接收。但是如果没有三次握手，也就是发送方SYN+接收方ACK建立连接，此时可以确认发送方发往接收方的报文是可以正常发送接收，但是无法确定接收方发给发送方的报文是否能够正常接收。因此仍需要第三次握手，需要发送方响应才能够确保连接双方能够发送和接收对方的报文。

拥塞控制以及里面的算法？流量控制的协议？

流量控制：让对方能够直到自己可以接收的数据大小，发送端就会发送不超过这个限度（窗口大小）的数据。在TCP首部中有对应字段存放窗口大小的数值，当缓冲区面临数据溢出时，窗口大小就会被设置成一个更小的值告知发送方；当缓冲区大小为0时，缓冲区满的状态下接收端不会响应会延迟，此时接收方在超过重发超时时间后，会发送一个窗口探测包（仅含一个字节），若接收方缓冲区满，继续返回窗口大小0，发送方继续等待至重发超时时间；若窗口大小不为0，则按照窗口大小发送数据包。

拥堵控制：拥堵控制是为了避免启动时发送大量数据，定义了拥塞窗口的概念，大小为1MSS，每次收到一个ACK，窗口大小就会翻倍，这样从启动到正常发送数据窗口会变得越来大，并且取拥塞窗口和流量窗口的较小值。当发生超时重发时，拥塞窗口重置为1MSS，进行慢启动修正，减少连续发包导致的网络拥塞。同时，为了避免窗口大小指数增长，规定慢启动阈值，超过阈值后窗口大小增长只能以MSS * MSS / 窗口大小的比例放大，因此后续放大比例将小于一个MSS长度。
初始化时，阈值不定；发生超时重发后阈值会被设定为拥塞窗口的一半大小；在高速重发时会将窗口大小设置为当前窗口的一半，并将阈值设置为窗口大小+3MSS。

TCP报头格式

    0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |          Source Port          |       Destination Port        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                        Sequence Number                        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Acknowledgment Number                      |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |  Data |           |U|A|P|R|S|F|                               |
   | Offset| Reserved  |R|C|S|S|Y|I|            Window             |
   |       |           |G|K|H|T|N|N|                               |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |           Checksum            |         Urgent Pointer        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Options                    |    Padding    |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                             data                              |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

                            TCP Header Format

UDP报头格式

                  0      7 8     15 16    23 24    31  
                 +--------+--------+--------+--------+ 
                 |     Source      |   Destination   | 
                 |      Port       |      Port       | 
                 +--------+--------+--------+--------+ 
                 |                 |                 | 
                 |     Length      |    Checksum     | 
                 +--------+--------+--------+--------+ 
                 |                                     
                 |          data octets ...            
                 +---------------- ...                 

                      User Datagram Header Format

TCP/UDP区别

TCP用于实现可靠传输，通过应答确认、顺序控制、重发等机制实现可靠传输；UDP用于高速传输和对实时性有要求的通信。