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TPC/IP

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大纲/内容

TCP基本知识

TCP头部

什么是TCP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

什么是TCP连接

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

如何唯一确定一个 TCP 连接

TCP建立连接

TCP三次握手过程以及状态变迁

第三次握手是可以携带数据的，前两次握手是不可以携带数据的

如何在Linux系统查看TCP状态

netstat -napt

为什么是三次握手，不是两次，四次？

为什么需要三次握手

三次握手才能保证双方具有接收和发送的能力

本质的问题：为什么三次握手才可以初始化Socket、序列号和窗口大小并建立 TCP 连接

三次握手才可以阻止历史重复连接的初始化（主要原因）

三次握手才可以同步双方的初始序列号

三次握手才可以避免资源浪费

为什么不是两次

无法防止历史连接的建立，会造成双方资源的浪费，也无法可靠的同步双方序列号

为什么不是四次

三次握手就已经理论上最少可靠连接建立，所以不需要使用更多的通信次数

初始ISN是如何产生的

ISN = M + F (localhost, localport, remotehost, remoteport)

M 是一个计时器，这个计时器每隔 4 毫秒加 1。

F 是一个 Hash 算法，根据源 IP、目的 IP、源端口、目的端口生成一个随机数值。要保证 Hash 算法不能被外部轻易推算得出，用 MD5 算法是一个比较好的选择。

既然IP层会分配，为什么TCP层还需要MSS

IP层分片无法保证可靠性，一旦发生分片丢失情况，需要由TCP层负责重传，效率低下

什么是SYN攻击，如何避免SYN攻击

SYN攻击概念

短时间伪造不同 IP 地址的 SYN 报文，服务端每接收到一个 SYN 报文，就进入SYN_RCVD 状态， 但服务端发送出去的 ACK + SYN 报文，无法得到未知 IP 主机的 ACK 应答， 久而久之就会占满服务端的 SYN 接收队列（未连接队列），使得服务器不能为正常用户服务

如何避免

调整内核参数，修改 Linux 内核参数，控制队列大小和当队列满时应做什么处理

net.core.netdev_max_backlog 网卡接受数据队列大小

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog SYN_RCVD 状态连接的最大个数

net.ipv4.tcp_abort_on_overflow 超出处理能时，对新的 SYN 直接回 RST，丢弃连接

net.ipv4.tcp_syncookies = 1

当「 SYN 队列」满之后，后续服务器收到 SYN 包，不进入「 SYN 队列」； 计算出一个 cookie 值，再以 SYN + ACK 中的「序列号」返回客户端， 服务端接收到客户端的应答报文时，服务器会检查这个 ACK 包的合法性。如果合法，直接放入到「 Accept 队列」

TCP断开连接

TCP四次握手过程以及状态变迁

为什么挥手需要四次

服务端通常需要等待完成数据的发送和处理，所以服务端的 ACK 和 FIN 一般都会分开发送，从而比三次握手导致多了一次

为什么TIME_WAIT等待的是2MSL

网络中可能存在来自发送方的数据包，当这些发送方的数据包被接收方处理后又会向对方发送响应，所以一来一回需要等待 2 倍的时间

为什么需要TIME_WAIT状态

防止具有相同「四元组」的「旧」数据包被收到；

保证「被动关闭连接」的一方能被正确的关闭，即保证最后的 ACK 能让被动关闭方接收，从而帮助其正常关闭；

TIME_WAIT过多有什么危害

内存资源占用

占用端口

如何优化TIME_WAIT

net.ipv4.tcp_tw_reuse=1 和 tcp_timestamps=1

当客户端与服务端主机时间不同步时，客户端的发送的消息会被直接拒绝掉

net.ipv4.tcp_max_tw_buckets

当系统中处于 TIME_WAIT 的连接一旦超过这个值时，系统就会将所有的 TIME_WAIT 连接状态重置

程序中使用 SO_LINGER

调用close后，会立该发送一个RST标志给对端，该 TCP 连接将跳过四次挥手，也就跳过了TIME_WAIT状态，直接关闭

TCP保活机制

net.ipv4.tcp_keepalive_time=7200

表示保活时间是 7200 秒（2小时），也就 2 小时内如果没有任何连接相关的活动，则会启动保活机制

net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=75

表示每次检测间隔 75 秒

net.ipv4.tcp_keepalive_probes=9

表示检测 9 次无响应，认为对方是不可达的，从而中断本次的连接

Socket编程

针对TCP应该如何Socket编程

listen时backlog的意义

表示检测 9 次无响应，认为对方是不可达的，从而中断本次的连接。

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