关于TCP协议面试中常见的一千个问题

TCP传输层控制协议

TCP是面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

TCP 头部格式

1、 源端口和目的端口字段——各占 2 字节。端口是运输层与应用层的服务接口。运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。
2、 序号字段——占 4 字节。TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。
3、 确认号字段——占 4 字节，是期望收到对方下一个报文段的数据的第一个字节的序号。
4、 数据偏移（即首部长度）——占 4 位，它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。“数据偏移”的单位是 32 位字（以 4 字节为计算单位）。
5、 保留字段——占 3 位，保留为今后使用，但目前应置为 0。
6、NS—ECN-nonce。ECN显式拥塞通知
7、CWR—Congestion Window Reduced
8、ECE—ECN-Echo有两种意思，取决于SYN标志的值
9、 紧急 URG —— 当 URG  1 时，表明紧急指针字段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送(相当于高优先级的数据)。
10、 确认 ACK —— 只有当 ACK  1 时确认号字段才有效。当 ACK  0 时，确认号无效。
11、 推送 PSH (PuSH) —— 接收 TCP 收到 PSH = 1 的报文段，就尽快地交付接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。
12、 复位 RST (ReSeT) —— 当 RST  1 时，表明 TCP 连接中出现严重差错（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立运输连接。
13、 同步 SYN —— 同步 SYN = 1 表示这是一个连接请求或连接接受报文。
14、 终止 FIN (FINis) —— 用来释放一个连接。FIN 1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。
15、 窗口字段 —— 占 2 字节，用来让对方设置发送窗口的依据，单位为字节。（发送方的接收窗口）
16、 检验和 —— 占 2 字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分。在计算检验和时，要在 TCP 报文段的前面加上 12 字节的伪首部。
17、 紧急指针字段 —— 占 16 位，指出在本报文段中紧急数据共有多少个字节（紧急数据放在本报文段数据的最前面）。
18、 选项字段 —— 长度可变最多40字节。TCP 最初只规定了一种选项，即最大报文段长度 MSS。MSS 告诉对方 TCP：“我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是 MSS 个字节。”(MSS (Maximum Segment Size)是 TCP 报文段中的数据字段的最大长度。数据字段加上 TCP 首部才等于整个的 TCP 报文段。)
19、 填充字段 —— 这是为了使整个首部长度是 4 字节的整数倍。

TCP 如何保证可靠的？

校验和

TCP会对每个报文段进行校验和计算，以确保在传输过程中数据的准确性。如果接收到的报文段的校验和不匹配，TCP将丢弃这个报文段并且不确认收到此报文段。

序列号

TCP将应用层发送的数据划分成以字节为单位的报文段，并对这些报文段进行序列号标记。这确保了数据传输的有序性，即使在传输过程中发生丢包或乱序，接收方仍然可以通过序列号来重新组织和恢复数据。

应答机制

每个TCP报文段都包含一个序列号，用于标识发送方发送的数据的顺序。接收方会发送确认号来表示已成功接收的数据。如果发送方在合理的超时内未收到确认，它会重新发送数据。

重传机制

TCP使用超时机制来检测丢失的数据包。如果发送方在一定时间内未收到确认，它会认为数据包已丢失，并重新发送。这确保了数据的可靠传输。

TCP在握手的时候协商了哪些参数？

初始序列号

每个TCP连接都有一个唯一的初始序列号，它是连接的一部分。ISN用于标识初始数据包中的字节顺序。客户端和服务器都会选择一个ISN，并在握手中交换彼此的ISN。

窗口大小

在握手中，发送方会通知接收方它期望的窗口大小，即发送方愿意发送多少字节的数据而不需要等待确认。这有助于流量控制。

最大报文段长度（MSS）

每个TCP连接都有一个最大报文段长度，它表示每个TCP段的最大数据长度。在握手中，双方可以协商MSS，以确定通信中每个TCP段的最大数据量。

TCP选项

TCP握手过程