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TCP相关面试题(一)—TCP/IP分层模型,TCP/UDP的区别

2022-11-16 分类:网络 作者:Agoni 阅读(25)

理解TCP的序列号,确认应答号,控制位(ACK,RST,SYN,FIN)

TCP/IP分层模型:应用层,传输层,网络层,网络接口层

OSI参考模型:应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层

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IP 层是「不可靠」的,它不保证网络包的交付、不保证网络包的按序交付、也不保证网络包中的数据的完整性。
如果需要保障网络数据包的可靠性,那么就需要由上层(传输层)的 TCP 协议来负责。因为 TCP 是一个工作在
传输层的可靠数据传输的服务,它能确保接收端接收的网络包是无损坏、无间隔、非冗余和按序的。

TCP 是面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议

面向连接指的是一对一连接,TCP不能像UDP那样一个主机向多个主机同时发送消息,也就是说一对多是无效的;

可靠的是指,TCP始终能保证一个报文一定能到达接收端;

对于一个有序的TCP报文(TCP报文本身就是有序的),如果接受方程序不知道【消息的边界】,那么它也无法正确
读取一个报文消息,当「前一个」TCP 报文没有收到的时候,即使它先收到了后面的 TCP 报文,那么也不能扔给应
用层去处理,同时对「重复」的 TCP 报文会自动丢弃。

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什么是 TCP 连接?
简单来说就是,用于保证可靠性和流量控制维护的某些状态信息,这些信息的组合,包括Socket、序列号和窗口大
小称为连接。
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如何唯一确定一个 TCP 连接呢?
TCP 四元组可以唯一的确定一个连接,四元组包括如下:
源地址,源端口,目的地址,目的端口
源地址和目的地址的字段(32位)是在 IP 头部中,作用是通过 IP 协议发送报文给对方主机。
源端口和目的端口的字段(16位)是在 TCP 头部中,作用是告诉 TCP 协议应该把报文发给哪个进程。
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有一个 IP 的服务端监听了一个端口,它的 TCP 的最大连接数是多少?
最大TCP连接数 = 客户端IP数 X 客户端的端口数
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对 IPv4,客户端的 IP 数最多为 2 的 32 次方,客户端的端口数最多为 2 的 16 次方,也就是服务端单机最大
TCP 连接数,约为 2 的 48 次方。
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当然,服务端最大并发 TCP 连接数远不能达到理论上限,会受以下因素影响:
文件描述符限制,每个 TCP 连接都是一个文件,如果文件描述符被占满了,会发生 too many open files。
Linux 对可打开的文件描述符的数量分别作了三个方面的限制:
系统级:当前系统可打开的最大数量,通过 cat /proc/sys/fs/file-max 查看;
用户级:指定用户可打开的最大数量,通过 cat /etc/security/limits.conf 查看;
进程级:单个进程可打开的最大数量,通过 cat /proc/sys/fs/nr_open 查看;
内存限制,每个 TCP 连接都要占用一定内存,操作系统的内存是有限的,如果内存资源被占满后,
会发生 OOM。
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TCP 和 UDP 区别:
1. 连接
TCP 是面向连接的传输层协议,传输数据前先要建立连接。
UDP 是不需要连接,即刻传输数据。
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2. 服务对象
TCP 是一对一的两点服务,即一条连接只有两个端点。
UDP 支持一对一、一对多、多对多的交互通信

3. 可靠性
TCP 是可靠交付数据的,数据可以无差错、不丢失、不重复、按序到达。
UDP 是尽最大努力交付,不保证可靠交付数据。但是我们可以基于 UDP 传输协议实现一个可靠的传输协议,
比如 QUIC 协议

4. 拥塞控制、流量控制
TCP 有拥塞控制和流量控制机制,保证数据传输的安全性。
UDP 则没有,即使网络非常拥堵了,也不会影响 UDP 的发送速率。

5. 首部开销
TCP 首部长度较长,会有一定的开销,首部在没有使用「选项」字段时是 20 个字节,如果使用
了「选项」字段则会变长的。
UDP 首部只有 8 个字节,并且是固定不变的,开销较小。

6. 传输方式
TCP 是流式传输,没有边界,但保证顺序和可靠。
UDP 是一个包一个包的发送,是有边界的,但可能会丢包和乱序。
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7. 分片不同
TCP 的数据大小如果大于 MSS 大小,则会在传输层进行分片,目标主机收到后,也同样在传输层
组装 TCP 数据包,如果中途丢失了一个分片,只需要传输丢失的这个分片。
UDP 的数据大小如果大于 MTU 大小,则会在 IP 层进行分片,目标主机收到后,在 IP 层组装
完数据,接着再传给传输层。
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TCP 和 UDP 应用场景:
由于 TCP 是面向连接,能保证数据的可靠性交付,因此经常用于:
FTP 文件传输;
HTTP / HTTPS;
由于 UDP 面向无连接,它可以随时发送数据,再加上 UDP 本身的处理既简单又高效,因此经常用于:
包总量较少的通信,如 DNS 、SNMP 等;
视频、音频等多媒体通信;
广播通信;
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为什么 UDP 头部没有「首部长度」字段,而 TCP 头部有「首部长度」字段呢?
原因是 TCP 有可变长的「选项」字段,而 UDP 头部长度则是不会变化的,无需多一个字段去
记录 UDP 的首部长度。
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为什么 UDP 头部有「包长度」字段,而 TCP 头部则没有「包长度」字段呢?
先说说 TCP 是如何计算负载数据长度:
TCP数据的长度 = IP总长度-IP首部长度-TCP首部长度
其中 IP 总长度 和 IP 首部长度,在 IP 首部格式是已知的。TCP 首部长度,则是在 TCP 首部格式
已知的,所以就可以求得 TCP 数据的长度。
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TCP 和 UDP 可以使用同一个端口

「 有志者自有千计万计,无志者只感千难万难 」

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