网络编程常见问题

1、TCP状态迁移图

2、TCP三次握手过程

2.1、握手流程

1、TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了LISTEN（监听）状态；

2、TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，这是报文首部中的同部位SYN=1，同时选择一个初始序列号 seq=x ，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT（同步已发送状态）状态。TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。

3、TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了SYN-RCVD（同步收到）状态。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。

4、TCP客户进程收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。

5、当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了

2.2、三次握手发生在socket的那几个函数中

从图中可以看出，当客户端调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送了SYN J包，这时connect进入阻塞状态；服务器监听到连接请求，即收到SYN J包，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态；客户端收到服务器的SYN K ，ACK J+1之后，这时connect返回，并对SYN K进行确认；服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立

2.3、连接队列

syn队列：半连接队列

accept队列：全连接队列

3、TCP四次挥手过程

四次挥手不分客户端、服务器，谁先发发起close则谁就是主动断开一方，否则为主动断开一方，主动方发生FIN包后会进入到FIN_WAIT_1状态，也就是不管客户端还是服务器都有可能进入FIN_WAIT_1的状态，也都有可能进入TIME_WAIT的状态。

socket中的四次握手释放连接的过程调用的函数：

图示过程如下：

• 某个应用进程首先调用close主动关闭连接，这时TCP发送一个FIN M；
• 另一端接收到FIN M之后，执行被动关闭，对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程，因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据；
• 一段时间之后，接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N；
• 接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。

这样每个方向上都有一个FIN和ACK。

4、为什么会有WIME_WAIT状态

为了避免最后一次ACK丢失对端没有收到，对端会重传FIN执行第三次跟第四次挥手，TIME_WAIT状态还能够响应，也就是为了确保对方收到最后的ACK，从而确保对方也能正常的断开连接

5、出现大量的CLOSE_WAIT状态连接的原因

close_wait状态出现在被动断开的一方，如果被动断开，一般recv会返回0，出现大量的close_wait是因为对方的断开事件没有得到及时的处理，解决方式就是及时处理对端的close事件（recv() == 0），可以将IO事件的检测跟io事件的响应分开处理，以保证能够及时的检测到IO断开事件

6、哪些场景会出来CLOSING的状态

双方同时调用close

7、TCP首部长度，有哪些字段

详见：TCP之报文首部格式 - Jummyer - 博客园 (cnblogs.com)

8、TCP在listen时的参数backlog的意义

backlog 表示accept全连接队列的大小，也就是三次握手完成后，server没有调用accept从 全连接队列 取出连接时，连接队列中最大可存放的数量

9、acept发生在三次握手的哪一步

第三步

10、SYN攻击

服务器端的资源分配是在二次握手时分配的，而客户端的资源是在完成三次握手时分配的，所以服务器容易受到SYN洪泛攻击。SYN攻击就是Client在短时间内伪造大量不存在的IP地址，并向Server不断地发送SYN包，Server则回复确认包，并等待Client确认，由于源地址不存在，因此Server需要不断重发直至超时，这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列，导致正常的SYN请求因为队列满而被丢弃，从而引起网络拥塞甚至系统瘫痪。SYN 攻击是一种典型的 DoS/DDoS 攻击

11、TCP与UDP的区别

11.1、TCP、UDP的区别

• TCP---传输控制协议,提供的是面向连接、可靠的字节流服务。当客户和服务器彼此交换数据前，必须先在双方之间建立一个TCP连接，之后才能传输数据。
• UDP---用户数据报协议，是一个简单的面向数据报的运输层协议。UDP不提供可靠性，它只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去，但是并不能保证它们能到达目的地。

1）TCP是面向连接的，UDP是面向无连接的

2）UDP程序结构较简单

3）TCP是面向字节流的，UDP是基于数据报的

4）TCP保证数据正确性，UDP可能丢包

5）TCP保证数据顺序到达，UDP不保证

11.2、TCP、UDP的优缺点

TCP优点：可靠稳定

TCP的可靠体现在TCP在传输数据之前，会有三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完之后，还会断开来连接用来节约系统资源。

TCP缺点：慢，效率低，占用系统资源高，易被攻击

在传递数据之前要先建立连接，这会消耗时间，而且在数据传递时，确认机制、重传机制、拥塞机制等都会消耗大量时间，而且要在每台设备上维护所有的传输连接。然而，每个连接都会占用系统的CPU，内存等硬件资源。因为TCP有确认机制、三次握手机制，这些也导致TCP容易被利用，实现DOS、DDOS、CC等攻击。

UDP优点：快，比TCP稍安全

UDP没有TCP拥有的各种机制，是一种无状态的传输协议，所以传输数据非常快，没有TCP的这些机制，被攻击利用的机会就少一些，但是也无法避免被攻击。

UDP缺点：不可靠，不稳定

因为没有TCP的这些机制，UDP在传输数据时，如果网络质量不好，就会很容易丢包，造成数据的缺失。

11.3、TCP UDP适用场景

TCP：传输一些对信号完整性，信号质量有要求的信息。

UDP：对网络通讯质量要求不高时，要求网络通讯速度要快的场景。

11.4、tcp 怎样保证数据正确性

• 差错控制：发送的数据包的二进制相加然后取反，检测数据在传输过程中的任何变化，如果收到段的检验和有差错，TCP 将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段。编号 + 排序 TCP 给发送的每一个包进行编号，接收方对数据包进行排序，把有序数据传送给应用层 确认 + 超时重传的机制 当 TCP 发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。
• 流量控制：TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间，TCP 的接收端只允许发送端发送接收端缓存区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。TCP 使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。
• 拥塞控制：当网络拥塞时，减少数据的发送。发送方有拥塞窗口，发送数据前比对接收方发过来的接收窗口，取两者的最小值---慢启动、拥塞避免、拥塞发送、快速恢复

12、三次握手，服务端和客户端，分别发生在哪个函数中

客户端：connect

服务端：listen之后、accept之前，被动实现的。accept会从全连接队列中取出一个

节点（TCP控制块），然后为该节点分配一个socket