初衷

陸陸續(xù)續(xù)面了幾家公司，發(fā)現(xiàn)面試官問的不少問題我明明知道，可是我根本不知道怎么講出來、講準(zhǔn)確，復(fù)習(xí)刷面經(jīng)時看到許多問題我都默認(rèn)我會然后帶過，這就使得自己白白浪費了許多次面試機(jī)會，因此開始寫文章記錄并且用自己的話表達(dá)。

之前有看到一句很喜歡的話，分享給大家，共勉。

知識的學(xué)習(xí)在于點滴記錄，堅持不懈；知識的學(xué)習(xí)要有深度和廣度，不能只流于表面，坐井觀天；知識要善于總結(jié)，不僅能夠理解，更知道如何表達(dá)！

我的文章不會講的很深，更多是用自己的話去總結(jié)學(xué)習(xí)的知識，如果有不同看法，歡迎評論區(qū)交流！

進(jìn)入正題吧！

眾所周知，TCP/UDP是屬于傳輸層的協(xié)議，我將從下面幾個方面進(jìn)行探討：

1.TCP/UDP報文結(jié)構(gòu)2.何為面向字節(jié)流/面向報文流3.TCP和UDP的不同4.TCP特性

TCP/UDP報文結(jié)構(gòu)

TCP報文結(jié)構(gòu)

在上圖之前我們先重新審視一下TCP這個協(xié)議；

首先，它位于傳輸層，而傳輸層的主要功能就是建立端口到端口的通信，那不難得到，報文結(jié)構(gòu)是需要記錄端口號的，即源端口、目的端口號；

我們再考慮一下，TCP可靠的這個特點，直觀的來看就是擁有確認(rèn)應(yīng)答機(jī)制，那關(guān)于發(fā)送和確認(rèn)的應(yīng)答，我們自然可以想到用序列號(seq)、確認(rèn)應(yīng)答號(ack)來表示

接著，三次握手四次揮手過程中發(fā)起連接方和發(fā)起端開方需要發(fā)送帶有一個標(biāo)志位（SYN/FIN置1）的報文，自然也就有標(biāo)志位；

下面我們引入報文結(jié)構(gòu)

補(bǔ)充一下上面沒講到的：

·首部長度：標(biāo)識這個TCP報頭(首部首部，自然就不帶數(shù)據(jù)部分了！) 報頭長度是會變的！注意選項這個字段，可以為空，也可以附帶別的信息，因此又首部長度來記錄·窗口大小：接收方在接收到報文以后會確認(rèn)應(yīng)答，這個返回的報文中就會告訴發(fā)送方自己的緩沖區(qū)還能接受多少數(shù)據(jù)，用于流量控制·校驗和：這個檢驗和覆蓋全部數(shù)據(jù)，而IP協(xié)議的檢驗和是覆蓋報文頭部信息。用于差錯檢驗，如果接收方發(fā)現(xiàn)不對勁，直接丟棄。·緊急指針：記錄數(shù)據(jù)中哪些數(shù)據(jù)屬于緊急數(shù)據(jù)。

以上，TCP報文首部大小是20字節(jié)(選項字段為0)；

UDP報文結(jié)構(gòu)

UDP也是傳輸層協(xié)議，自然也有源端口，目的端口號；

UDP不像TCP那么可靠，自然就不會有流量控制、確認(rèn)應(yīng)答機(jī)制這些相關(guān)字段；

·UDP長度：是 首部+數(shù)據(jù) 的大小，無數(shù)據(jù)的情況下會是最小8字節(jié)·檢驗和：同TCP，覆蓋報頭和數(shù)據(jù)進(jìn)行的；

何為面向字節(jié)流/面向報文

我相信大家在刷面經(jīng)的過程中一定看到過，TCP是面向字節(jié)流，UDP是面向報文的，但具體是什么意思，又存在什么樣的問題呢？

TCP是面向字節(jié)流：“字節(jié)就是字節(jié)”，也就是說對于TCP協(xié)議來說，信息沒有什么特殊的，大家都是字節(jié)，因此TCP就沒有邊界的的概念；

如果是客戶端連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，服務(wù)器端的緩沖區(qū)如果足夠大，就會一次性接收過來，這就是沒有邊界的意思。

UDP是面向報文：客戶端連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，服務(wù)器端緩沖區(qū)不論有多大，都是一次一次接受，客戶端發(fā)多少次，服務(wù)器端接收多少次，這就是有邊界的概念

至此！我們引出一個問題

·TCP面向字節(jié)存在什么問題？

答：粘包！當(dāng)客戶端連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，服務(wù)器端一次接收過來，就會造成多個包粘在一起的情況！或者某些包被分隔開與其他包粘在了一起；

·如何解決這個問題？

答：

1.我們可以協(xié)定規(guī)定一個包大小是多少，不滿足的部分用0等特殊字符補(bǔ)滿。

2.或者人為規(guī)定結(jié)束符號例如'@ # $ %'等，只要沒遇到符號，就表示沒結(jié)束前一個包。

TCP和UDP的不同

這里請讀者自己想想，兩者各自的特點是什么？

TCP安全，UDP快，這個不難想到；

TCP的安全我們放到下面下一個大標(biāo)題去講，這里講一下UDP的快！

首先UDP報頭短只有8字節(jié)，TCP最小都要20字節(jié)，并且UDP不需要進(jìn)行三次握手四次揮手的相關(guān)操作，省去了建立連接銷毀的過程，快就快在這里！

所以，如果面試官問你dns為什么要用udp協(xié)議，我想你心里已經(jīng)有答案了，甚至還能給他講一講別的！

TCP特性

這里內(nèi)容較多，我單獨摘出來講；

·確認(rèn)應(yīng)答機(jī)制：

接收方在確認(rèn)應(yīng)答時，會將發(fā)送的seq序號+1作為ACK返回

如果發(fā)送方發(fā) 1 2 3 4，2包丟了，1 3 4順利到達(dá)，接收方仍會返回ACK為2的報文(意思是給我2我沒2)

·超時重傳機(jī)制

數(shù)據(jù)發(fā)送出去丟了怎么辦！

TCP維護(hù)了一個超時重傳計時器，在數(shù)據(jù)發(fā)出去后就開始計時，時間到了還沒有收到確認(rèn)應(yīng)答，就會重新發(fā)送這個數(shù)據(jù)。

·流量控制

記得我們之前分析TCP報頭結(jié)構(gòu)時候有一個窗口的字段嗎？沒錯他就是搞這個的；

接收端數(shù)據(jù)處理能力是有限的，如果發(fā)的太快，就會積攢到接收端的緩沖區(qū)，這時候繼續(xù)發(fā)那不就溢出來了？(怎么突然想到紫薇爾康)

因此維護(hù)了一個字段用于接收方向發(fā)送方傳遞信息，你就傳xxx這么多就行了，多了我要不了；

多說一句，那緩沖區(qū)滿了咋辦？當(dāng)然是將窗口值寫0，發(fā)送方就不發(fā)了；

那再多說一句，不讓發(fā)了就下班了？其實并不是，發(fā)送方定期會發(fā)送一個數(shù)據(jù)，用于探測對方的窗口大小。

·滑動窗口

這個問題面試官問到了！心里清楚，根本不知道怎么講！

我們思路回到剛才確認(rèn)應(yīng)答機(jī)制，每發(fā)送一個需要等待一個ack才能發(fā)下一次，這其中有什么缺點，應(yīng)該不用我多少了吧？

滑動窗口就是讓發(fā)送端無需等待確認(rèn)應(yīng)答就可以進(jìn)行下一次發(fā)送！

那上面這個圖跟窗口有啥關(guān)系??？我們們慢慢講；

我們先要明確窗口大小的含義：即無需確認(rèn)就可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)的最大值；

發(fā)送完1 2 3 4后收到確認(rèn)應(yīng)答就繼續(xù)發(fā)送5 6 7 8，窗口從包含1 2 3 4滑到了包含5 6 7 8；是不是有點眉目了？

那這里存在一個問題，前面有包在發(fā)送期間丟了怎么辦？

注意！只有確認(rèn)應(yīng)答過的數(shù)據(jù)才會從 發(fā)送緩沖區(qū) 刪除掉，不然滑動窗口左側(cè)就會卡在這里不向右滑。比如：發(fā)送1 2 3 4 時 2丟了，確認(rèn)1時ack是2(表示我要2)，接受到3 4還是會返回索要2的ack；

這里有個細(xì)節(jié)，就是發(fā)送端接收到值2的ack時，代表第一個包收到了，滑動窗口就會右移一格；

注意上面說的是發(fā)送期間

在發(fā)送方發(fā)送1 2 3 4后等待應(yīng)答的過程中，服務(wù)器端會返回值為2 3 4 5的ACK，這時候如果其中的3丟了，有影響嗎？

答案是沒有影響，既然它能收到值為5的ack，自然說明前面都接收到了！

這個窗口的大小誰來指定呢？

答：TCP報頭結(jié)構(gòu)里的窗口字段(和流量控制結(jié)合起來了)，發(fā)送方緩存的數(shù)據(jù)維護(hù)如下

可用窗口就是應(yīng)答報文的窗口大??；

大概過程大家可以再結(jié)合下面的圖理解

如果圖片還不能夠讓你搞懂原理，可以用下面的工具進(jìn)行模擬，開箱即用哦！滑動窗口模擬器^[1]

·擁塞控制-四大算法

這個就是大頭了！

RTT：報文 發(fā)送出去+應(yīng)答接受回來 的一小段時間

擁塞窗口：這是一個根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)會變化的量，先知道這里即可。

閾值：一個界限，界限前后調(diào)用不同算法；

四大算法：

·慢啟動：

一開始使擁塞窗口為1去探測網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，每次接收到一個ACK就會+1；

即在一個RTT時間內(nèi)，擁塞窗口大小成指數(shù)增長，你品品；

·擁塞避免

慢啟動以后窗口大小指數(shù)增長，那什么時候轉(zhuǎn)換策略呢？

對咯，是到閾值就會轉(zhuǎn)變策略，會變成線性增長；

·快速重傳

當(dāng)我們發(fā)送一系列的報文比如有1 2 3 4，1在發(fā)送過程中丟掉了，2 3 4順利到達(dá)，那么就會返回3個值為2的ACK，（注意這時網(wǎng)絡(luò)是ok的，報文的發(fā)送返回是很快的 在一個RTT時間內(nèi)，還不至于讓超時重傳機(jī)制計入），發(fā)送端就會立刻重傳2的的報文；

·快速恢復(fù)

那快速重傳后 擁塞窗口繼續(xù)線程增長？

NoNoNo！正確操作是，發(fā)生快速重傳后，閾值就設(shè)為 擁塞窗口的一半，窗口也等于自身的一半，然后繼續(xù)開始線性增長探測網(wǎng)絡(luò)情況；

如果是超時重傳怎么恢復(fù)？

答：閾值設(shè)為擁塞窗口的一半，擁塞窗口設(shè)1，然后重新開始慢啟動；

關(guān)于個人理解的滑動窗口和擁塞窗口

他們都是在發(fā)送端維護(hù)的窗口，只不過滑動窗口的大小是由接收端控制的，這一點是要好好再思考思考；

其次總不能應(yīng)答報文說要多少就是多少吧？因此引入了擁塞窗口，去快快+慢慢增長去探測網(wǎng)絡(luò)狀況。