对话面试官系列----TCP协议和UDP协议----大揭秘

TCP和UDP是两种网络传输协议，它们在数据传输、可靠性、连接性和应用场景等方面有着显著的区别。

TCP（Transmission Control Protocol）：

• 可靠性：TCP提供可靠的数据传输，通过确认机制、重传丢失的数据包和错误检测来确保数据的完整性和可靠性。

• 连接性：TCP是面向连接的协议，建立连接、传输数据和关闭连接都需要经过三次握手和四次挥手的过程，保证了数据的有序传输。

• 应用场景：适用于需要可靠数据传输和顺序到达的应用，如网页浏览、文件传输、电子邮件等，以及需要确保数据完整性的场景。

UDP（User Datagram Protocol）：

• 可靠性：UDP不提供数据传输的可靠性，不保证数据的传输完整性和顺序性，发送的数据包可能会丢失或乱序。

• 连接性：UDP是无连接的，不需要建立连接，因此传输速度较快，但也不会检测和重传丢失的数据包。

• 应用场景：适用于实时性要求高、对数据丢失较为容忍的应用，比如视频会议、在线游戏、实时通讯等场景，因为UDP传输速度快，适合对实时性要求较高的场合。

具体场景举例：

• TCP应用场景：当你在网上浏览网页、下载文件时，通常会使用TCP协议。这些需要稳定传输、数据完整性和有序性的场景适合使用TCP。

• UDP应用场景：而在视频会议或者在线游戏中，为了快速传输数据，UDP更为合适。虽然可能会有少量数据包丢失，但对于实时性的要求更重要，因此UDP用于这些实时应用中。

TCP如何保证可靠性的？有哪些机制？

TCP（Transmission Control Protocol）通过多种机制来保证数据传输的安全性和可靠性：

1. 序号与确认机制：

• 序号：每个数据包都有一个唯一的序号，接收方通过序号来确认数据包的顺序，并且重组数据流。

• 确认：接收方会发送确认应答，告知发送方已成功接收到数据，如果发送方在一定时间内未收到确认应答，会触发数据包的重传。

2. 数据校验（Checksum）：

• 每个数据包都包含一个校验和，用于检测数据在传输过程中是否发生了错误。接收方通过校验和来验证数据的完整性，如果校验失败，会要求重传数据。

3. 流量控制：

• TCP使用滑动窗口机制来进行流量控制，即接收方通过通告发送方自己的接收窗口大小，发送方根据接收方的窗口大小来控制发送数据的速率，以避免数据包的积压。

4. 拥塞控制：

• TCP通过拥塞窗口机制来控制网络的拥塞情况，它会根据网络的拥塞程度来调整发送速率，以减少丢包和提高网络的利用率。

5. 重传机制：

• 如果发送方在一定时间内未收到确认应答，会触发数据包的重传，确保数据的可靠传输。

6. 三次握手和四次挥手：

• TCP在建立连接和断开连接时使用三次握手和四次挥手的机制，确保通信双方的同步和正确关闭连接，避免数据丢失或者重复传输。

TCP头部有哪些标记位？

在TCP头部中，有一些标记位（Flag Bits）用于控制和指示TCP连接的状态和行为。这些标记位用于在TCP通信中进行控制和管理。

以下是TCP头部中的标记位（Flag Bits）：

1. URG（Urgent）：

   • 表示紧急指针字段的值是有效的，用于指示数据中包含紧急数据，需要优先处理。

2. ACK（Acknowledgment）：

   • 表示确认号字段是有效的，用于确认接收方已经正确接收到了发送方指定序号的数据。

3. PSH（Push）：

   • 表示接收方应该立即把接收到的数据推送给应用层，而不需要等到接收缓冲区满才进行传输。

4. RST（Reset）：

   • 用于重置连接，表示连接出现严重问题，需要重新建立连接。

5. SYN（Synchronize）：

   • 在建立连接时，用于发起连接请求。在连接建立时，SYN标志位为1表示连接请求，双方通信的第一个数据包会带有SYN标志。

6. FIN（Finish）：

   • 用于关闭连接，表示不再有数据发送。当一方发送了FIN标志位后，表示数据传输完成，要求关闭连接。

这些标记字在TCP头部中以二进制位的形式表示不同的状态和操作，通过组合这些标记字，可以控制TCP连接的建立、传输数据、关闭等过程。

为啥初始序号是随机数？可以顺序生成吗？从0开始可以吗？

初始序号在TCP连接中的随机生成是出于安全性考虑。采用随机数作为初始序号可以提高连接的安全性，降低网络攻击者猜测序号进行伪造和重放攻击的可能性。

为什么初始序号通常是随机数：

1. 安全性考虑：

   • 使用随机数作为初始序号可以增加安全性，防止攻击者通过猜测序号来伪造、重放数据包，提高了连接的安全性。

2. 减少预测性攻击：

   • 如果初始序号是固定的、可预测的（比如从0开始递增），攻击者更容易猜测到序号，从而进行针对性的攻击。

是否可以顺序生成或从0开始？

理论上，TCP序号是可以从0开始或者按顺序生成的。然而，为了网络的安全性考虑，通常选择使用随机数作为初始序号，而不是固定的、可预测的初始值。

使用随机数作为初始序号可以增加攻击者猜测序号的难度，提高网络连接的安全性。虽然可以从0开始或者按顺序生成，但这可能会增加网络遭受攻击的风险。所以，在实践中，更常见的做法是使用随机数作为初始序号来提高安全性。