TCP相关面试题总结
1、TCP三次握手过程
wireshark抓包为：（wireshark会将seq序号和ACK自动显示为相对值）
1）主机A发送标志syn＝1,随机产生seq =1234567的数据包到服务器，主机B由syn=1知道，A要求建立连接； 此时状态A为SYN_SENT，B为LISTEN
2）主机B收到请求后要确认连接信息，向A发送ack =(主机A的seq+1),标志syn=1,ack=1,随机产生seq=7654321的包， 此时状态A为ESTABLISHED，B为SYN_RCVD
3）主机A收到后检查ack 是否正确，即第一次发送的seq number+1,以及位码ack是否为1，若正确，主机A会再发送ack =(主机B的seq+1),标志ack=1，主机B收到后确认seq值与ack=1则连接建立成功。 此时A、B状态都变为ESTABLISHED
2、TCP四次挥手过程
断开连接过程与建立连接类似
1）主机A发送位码为FIN＝1，用来关闭客户A到服务器B的数据传送。此时A的状态为FIN_WAIT_1
2）服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1。此时A为FIN_WAIT_2，B为CLOSE_WAIT
3）服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A。此时A为TIME_WAIT，B为LAST_ACK
4）客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1。此时A、B都关闭了，状态变为CLOSED。
当（2）、（3）步中的ACK和FIN在一个包中发送时，A的状态会直接从FIN_WAIT_1变为TIME_WAIT
3、为什么建立连接需要三次握手，而断开连接需要四次握手
因为每个方向都需要一个FIN和ACK，当一端发送了FIN包之后，处于半关闭状态，此时仍然可以接收数据包。
在建立连接时，服务器可以把SYN和ACK放在一个包中发送。
但是在断开连接时，如果一端收到FIN包，但此时仍有数据未发送完，此时就需要先向对端回复FIN包的ACK。等到将剩下的数据都发送完之后，再向对端发送FIN，断开这个方向的连接。
因此很多时候FIN和ACK需要在两个数据包中发送，因此需要四次握手
4、TIME_WAIT状态持续时间及原因
持续时间未2MSL，一个数据包在网络中的最长生存时间为MSL。
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。
5、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
6、TCP首部长度，有哪些字段
7、TCP选项有哪些
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
8、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
9、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。
10、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
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。
11、TCP和UDP的区别
- TCP是有连接的，两台主机在进行数据交互之前必须先通过三次握手建立连接；而UDP是无连接的，没有建立连接这个过程
- TCP是可靠的传输，TCP协议通过确认和重传机制来保证数据传输的可靠性；而UDP是不可靠的传输
- TCP还提供了拥塞控制、滑动窗口等机制来保证传输的质量，而UDP都没有
- TCP是基于字节流的，将数据看做无结构的字节流进行传输，当应用程序交给TCP的数据长度太长，超过MSS时，TCP就会对数据进行分段，因此TCP的数据是无边界的；而UDP是面向报文的，无论应用程序交给UDP层多长的报文，UDP都不会对数据报进行任何拆分等处理，因此UDP保留了应用层数据的边界
12、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