传输层

TCP

26. 🌟请你说一下 TCP 的粘包和拆包？

在网络通信中，TCP 是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。而 TCP 的“粘包”和“拆包”是在使用 TCP 进行数据传输时可能会遇到的现象。

一、粘包

1. 定义

   • 粘包是指在接收数据时，由于 TCP 是面向流的协议，接收方不知道消息之间的界限，可能会将多个发送方发送的数据包合并成一个数据包接收，从而导致一次接收的数据包含了多个逻辑消息。

2. 产生原因

   • 发送方发送数据的速度较快，接收方接收数据的速度相对较慢，导致多个数据包在接收方的缓冲区中被合并。
   • 发送方发送的数据包较小，TCP 为了提高传输效率，可能会将多个小数据包合并成一个较大的数据包进行发送。

3. 影响

   • 如果接收方不能正确地处理粘包问题，可能会导致数据解析错误，影响程序的正常运行。

二、拆包

1. 定义

   • 拆包是指在发送数据时，由于 TCP 协议对数据长度没有限制，一个较大的数据包可能会被拆分成多个小数据包进行发送，接收方在接收数据时需要将这些小数据包重新组合成完整的数据包。

2. 产生原因

   • 发送的数据大小超过了 TCP 协议的最大传输单元（MTU），TCP 会将数据包进行拆分，以适应网络传输的要求。
   • 网络拥塞等原因导致数据包丢失或延迟，接收方可能需要等待一段时间才能收到完整的数据包。

3. 影响

   • 接收方需要进行额外的处理来组合拆分后的数据包，增加了程序的复杂性。如果处理不当，可能会导致数据丢失或不完整。

总结：TCP 是面向流，没有界限的一串数据。TCP 底层并不了解上层业务数据的具体含义，它会根据 TCP 缓冲区的实际情况进行包的划分，所以在业务上认为，一个完整的包可能会被 TCP 拆分成多个包进行发送，也有可能把多个小的包封装成一个大的数据包发送，这就是所谓的 TCP 粘包和拆包问题。

27. TCP 粘包 vs 拆包对比

对比维度	粘包 (Nagle算法合并)	拆包 (MTU分片)
定义	多个数据包被合并接收	单个数据包被拆分成多个片段接收
触发条件	- 发送方快速发送小包 - 接收方缓冲区未及时读取	- 数据包 > MTU（通常1500字节） - 网络拥塞
数据表现	接收缓冲区出现连续完整消息	接收缓冲区出现不完整消息片段
根本原因	TCP是面向字节流的无边界协议	IP层分片传输机制
典型场景	高频发送心跳包/短消息	传输大文件/视频流

28. 为什么会产生粘包和拆包呢，如何解决呢？

要发送的数据小于 TCP 发送缓冲区的大小，TCP 将多次写入缓冲区的数据一次发送出去，将会发生粘包；接收数据端的应用层没有及时读取接收缓冲区中的数据，将发生粘包；

要发送的数据大于 TCP 发送缓冲区剩余空间大小，将会发生拆包；待发送数据大于 MSS（最大报文长度），TCP 在传输前将进行拆包。即 TCP 报文长度-TCP 头部长度 >MSS。

解决方案：发送端将每个数据包封装为固定长度在数据尾部增加特殊字符进行分割将数据分为两部分，一部分是头部，一部分是内容体；其中头部结构大小固定，且有一个字段声明内容体的大小。

• MTU：一个网络包的最大长度
• MSS：除去 IP 和 TCP 头部之后，一个网络包所能容纳的 TCP 数据的最大长度；

解决方法

1. 定长消息：发送方和接收方约定好每个数据包的固定长度，接收方按照固定长度读取数据，不足长度的部分用特定字符填充。
2. 特殊字符分隔：在发送的数据中添加特殊字符作为消息的分隔符，接收方根据分隔符来区分不同的消息。
3. 消息长度前缀：在每个消息的开头添加一个表示消息长度的字段，接收方先读取长度字段，再根据长度读取相应的数据。

29. 🌟请说下三次握手的目的？

TCP 三次握手主要是为了以下几个目的：

一、建立连接

确保通信双方都有发送和接收数据的能力，建立起可靠的双向连接。具体过程如下：

1. 第一次握手：客户端向服务器发送一个 SYN（同步）包，该包中包含客户端选择的初始序列号（seq）。此时客户端进入 SYN_SENT 状态。这个步骤表明客户端有发送数据的意愿。
2. 第二次握手：服务器收到客户端的 SYN 包后，向客户端发送一个 SYN/ACK（同步确认）包，该包中包含服务器选择的初始序列号和对客户端序列号的确认（ack = 客户端序列号 + 1）。此时服务器进入 SYN_RCVD 状态。这个步骤表明服务器有接收和发送数据的能力。
3. 第三次握手：客户端收到服务器的 SYN/ACK 包后，向服务器发送一个 ACK（确认）包，该包中确认号为服务器序列号加一（ack = 服务器序列号 + 1）。此时客户端进入 ESTABLISHED 状态。服务器收到这个 ACK 包后也进入 ESTABLISHED 状态。这个步骤表明客户端确认了服务器的接收和发送能力，连接正式建立。

二、协商初始序列号

通过三次握手，双方可以确定初始序列号，确保数据传输的有序性。在后续的数据传输中，每一个数据包都有一个序列号，接收方可以根据序列号来判断数据包的顺序，并进行排序和组装。

三、防止过期连接请求的干扰

假设没有三次握手，客户端发送的一个连接请求在网络中延迟了，一段时间后这个延迟的连接请求到达服务器，服务器误以为是新的连接请求并进行响应。

如果只有两次握手，此时连接就会建立，但实际上客户端可能已经不需要这个连接了，这就会导致资源的浪费和错误的连接建立。

通过三次握手，客户端在收到服务器的响应后会再次确认，如果客户端没有发送新的连接请求，就不会进行第三次确认，服务器在一段时间后没有收到确认就会关闭连接，从而避免了这种错误情况的发生。

30. 🌟请说下 TCP 三次握手过程

TCP 三次握手的过程如下：

第一次握手

客户端向服务器发送一个带有 SYN 标志的数据包。这个数据包中还会包含一个随机生成的初始序列号（sequence number，记为 seq=x），用来标识本次连接中客户端发送的数据字节流的起始位置。此时客户端进入 SYN_SENT 状态，表示客户端已准备好建立连接并等待服务器的确认。

第二次握手

服务器接收到客户端的 SYN 数据包后，知道客户端想要建立连接。服务器会向客户端发送一个带有 SYN 和 ACK 标志的数据包作为回应。这个数据包中也有一个随机生成的初始序列号（记为 seq=y），同时确认号记为 ack=x+1 是对客户端初始序列号加一，表示服务器已经接收到了客户端的 SYN 数据包，并期望下一个收到的数据包的序列号是 x+1。此时服务器进入 SYN_RCVD 状态，表示服务器正在等待客户端的确认以完成连接的建立。

第三次握手

客户端收到服务器的 SYN+ACK 数据包后，检查确认号是否正确（即确认号是否为自己发送的初始序列号加一）。如果正确，客户端会向服务器发送一个带有 ACK 标志的数据包，确认号为服务器的序列号加一（ack=y+1）。此时客户端进入 ESTABLISHED 状态，表示连接已建立成功。

服务器收到客户端的 ACK 数据包后，也进入 ESTABLISHED 状态。至此，TCP 三次握手完成，客户端和服务器之间可以开始进行数据传输。

下面是举例说明及图片描述

发送端：我发送 syn（同步序列编号）的数据包给你啦。

接收端：我已经收到你的数据包啦，我将 syn/ack 编号发送给你啦

发送端：明白，我同时将 ack 的包发送给你啦。

握手情况如下

output

31. 🌟三次握手中，第二次握手的时候为什么还要传回 SYN ？

为了确认连接请求：SYN 标志的数据包是服务器对客户端连接请求的明确确认。

当服务器收到客户端发送的 SYN 包后，回传带有 SYN 标志的数据包，表示服务器已经接收到了客户端的连接请求，并同意建立连接，让客户端知道其连接请求已被服务器认可

32. 🌟为什么要三次握手，4 次握手可以吗？

• 三次握手才可以阻止重复历史连接的初始化（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

重复连接问题

因为网络会堵塞，所以有可能因为网络堵塞，第一个客户端发出第一个 SYN = 10 包之后，迟迟收不到 SYN/ACK，所以就进行补发 SYN = 20，此时服务端收到了 SYN = 10 的旧包，然后发送 ACK 和 SYN，但是呢？此时客户端发现我应该接收的是 SYN = 20 的 ACK，而不是历史的连接，所以就会发送 RST 拒绝连接，等 SYN= 20 的 ACK 来了之后，再进行连接。三次握手可以让客户端通过上下文来进行判断。

同步双方的初始序列号

序列号同步是可靠传输的基础，通过三次握手可以保证双方的序列号同步，其实四次握手也可以，只不过第二次握手把两个包合成一个了。

避免资源浪费

防止历史连接的建立，如果使用两次握手的话，现在已经连接成功，但是之前因为网络问题延迟传输的报文，再一次发到服务器则有可能再次造成连接。

TCP 建立连接时，通过三次握手能防止历史连接的建立，能减少双方不必要的资源开销，能帮助双方同步初始化序列号。序列号能够保证数据包不重复、不丢弃和按序传输。

33. 🌟为什么不使用「两次握手」和「四次握手」？

• 两次握手：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；
• 四次握手：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。

34. 请简要介绍一下 websocket

1. Websocket 是一种建立在 TCP 协议之上的网络通信协议。TCP 协议作为一种可靠的传输层协议，为 Websocket 提供了稳定的底层连接基础，确保数据能够准确无误地在客户端与服务器端之间传输。
2. Websocket 与 HTTP 协议有良好的兼容性。默认端口的设置上，它与 HTTP 协议常用的端口保持一致，即 80（用于非加密通信）和 443（用于加密通信）在网络环境中，Websocket 的部署和使用无需额外为其开辟特殊端口，降低了网络配置的复杂性。
3. Websocket 的数据格式具有轻量的特点。它不像一些其他协议那样数据结构臃肿，而是以一种简洁高效的方式对要传输的数据进行封装。这种轻量的数据格式在网络传输过程中，能够减少不必要的开销，使得数据能够以更快的速度在客户端和服务器端之间传递。
4. Websocket 具备强大的数据类型支持能力，它既可以发送文本数据，也可以发送二进制数据
5. Websocket 赋予了客户端极大的通信灵活性，客户端可以与任意服务器通信。这意味着只要服务器端支持 Websocket 协议，客户端就可以与其建立连接并进行通信。
6. Websocket 的协议标识符是 ws（如果加密，则为 wss），这是用于在网络请求和标识中明确表示所采用的协议类型。同时，服务器网址就是 URL。在实际应用中，当客户端要与服务器建立 Websocket 连接时，就可以通过指定带有 ws 或 wss 协议标识符的 URL 来实现。

35. 🌟为什么要四次挥手？

如图

TCP 连接的双向性决定

TCP 连接是全双工通信，这意味着数据可以在两个方向上同时传输。因此，当要关闭连接时，需要考虑两个方向的数据通道的关闭。

例如，在一个网络文件传输场景中，客户端可能在向服务器上传文件的同时，服务器也在向客户端发送文件的校验信息。每个方向都有自己独立的发送和接收缓存，所以需要分别关闭这两个方向的通信通道。

确保数据传输完整

• 第一次挥手（主动关闭方发起）：主动关闭连接的一方（如客户端）发送一个 FIN（结束标志）数据包，表示自己已经没有数据要发送给对方了。但是，此时它还可以接收对方（服务器）发送的数据。这就好比在一个对话中，一方先说 “我说完了”，但还可以听对方说话。
• 第二次挥手（被动关闭方回应）：被动关闭方（服务器）收到 FIN 后，会发送一个 ACK（确认）数据包给主动关闭方。这是告诉主动关闭方，“我已经知道你没有数据要发送了”。不过，此时被动关闭方可能还有数据没发送完，所以它不能立刻关闭连接。就像在对话中，听到对方说 “我说完了” 后，回应 “我知道了”，但自己可能还没说完。
• 第三次挥手（被动关闭方发起）：当被动关闭方（服务器）也发送完自己的数据后，它会发送一个 FIN 数据包给主动关闭方，表示自己也没有数据要发送了。这类似于对话中，自己也说完了，告诉对方 “我也说完了”。
• 第四次挥手（主动关闭方回应）：主动关闭方收到被动关闭方的 FIN 后，发送一个 ACK 数据包进行确认。这样，双方都确认了彼此的数据传输已经完成，连接可以安全关闭。这就好比在对话结束时，双方都确认了彼此都已经说完，然后结束对话。

防止数据丢失和错误关闭

如果只有三次挥手，可能会出现这样的情况：被动关闭方还没来得及发送完所有数据，就收到了主动关闭方最后的确认，导致数据丢失。

四次挥手通过明确双方的数据发送状态，确保在连接关闭时，不会有数据丢失或者被错误截断的情况。

36. 🌟为什么建立连接是三次握手，关闭连接却是四次挥手呢？

建立连接的时候， 服务器在 LISTEN 状态下，收到建立连接请求的 SYN 报文后，把 ACK 和 SYN 放在一个报文里发送给客户端。

而关闭连接时，服务器收到对方的 FIN 报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，而自己也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即关闭，也可以发送一些数据给对方后，再发送 FIN 报文给对方来表示同意现在关闭连接。

因此，己方 ACK 和 FIN 一般都会分开发送，从而导致多了一次.

37. 如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

在 TCP 协议中，设有一个保活计时器机制来应对可能出现的客户端异常情况。当客户端与服务器建立连接后，如果长时间没有数据交互，可能会导致服务器资源的无效占用。

此时，保活计时器开始发挥作用，其初始时长通常设置为 2 小时。

在正常的数据传输过程中，每当服务器收到客户端发送的请求，保活计时器就会被重置，重新开始计时。

如果在长达 2 小时的时间内，服务器都未收到客户端传来的任何数据，此时服务器便会主动向客户端发送一个探测报文段。此后，每隔 75 秒，服务器会持续向客户端发送探测报文段，以此来检测客户端是否仍处于正常连接状态。

若服务器连续发送了 10 个探测报文段，但始终未得到客户端的任何回应，那么服务器就会判定客户端出现了故障。基于这种判断，服务器为了合理利用资源，会将与该客户端相关的连接关闭，释放相应的资源，从而避免因等待一个可能已经故障的客户端而造成资源浪费。

这种机制有效保障了服务器在面对客户端异常情况时的资源管理和连接维护。

38. 请说一下TCP 的特点？

提供可靠传输，实行顺序控制或重发控制机制。具有流控制、拥塞控制、提高网络利用率等众多功能。

充分实现了数据传输时各种控制功能，可以进行丢包时的重发机制，还可以对次序乱掉的分包进行顺序控制。

TCP 通过 检验和、连接管理、确认应答、 重发超时机制、序列号机制、以段为单位发送数据、窗口控制、流控制 等机制进行可靠传输。

• 检验和：这个原理相当于 MD5 校验，目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。

• 连接管理：采用三次握手的方式建立可靠的通信传输，

• 确认应答 : 确认应答就是会发送一条已经收到段的应答消息。

• 重发超时机制：这个含义在上面的序列号机制已经提到，当发送端长时间没有接收到，确认信息时，则会对该条报文进行确认，因为此时他认为，是报文发送失败。所以这个超时时间的设定就显得尤为重要。TCP 采用了一个很巧妙的方法，那就是每次发包时都会，计算往返时间及其偏差，重传的时间就是比两者之和稍大一点的值。

  • RTT：往返时间
  • RTO：重发时间，重发时间略大于多次 RTT 的平均值

• 序列号机制：当发送的数据到达接收主机时，接收端主机会返回已经收到的 ACK 确认号，确认应答。但是确认应答有可能出现以下这种情况，报文发送时丢失，确认应答信息丢失。这样就可能会导致发送端一直重发报文。

  • 一般情况下，就发送端会等待一段时间后，如果没有收到确认应答，则会进行重发，但是我们也会遇到这种情况，当我们因为网络延迟之后，在我们发送方重传了报文之后，才接收到确认应答的信息，所以这样接收端就会收到无休止的重复包，所以这时候我们需要引入序列号机制，就是给每一个 TCP 报文添加一个序列号，告知发送方，我收到了哪条信息，下次传输时应该传输哪个报文。

• 以 MSS 为单位发送数据：建立 TCP 连接的同时，也可以确定发送数据包的单位，我们称其为最大发送长度 MSS，该值是在三次握手时计算得出的，会在两者之间选择一个都可接受的最小值，TCP 在发送数据时，重发时是以 MSS 为单位进行发送的。

• 流量控制，利用窗口控制提高速度：上面我们提到的，每次都要进行确认，如果往返时间较长，这会大大降低效率，所以 TCP 引入了窗口的概念，这样我们就可以使确认的不是每个分段，而是以最大的单位进行确认，就是发完一个段之后，不用等到确认信息，继续发段。

  • 窗口大小就是无需等待确认应答， 而可以发送数据的最大值。当然这种情况也会出现丢失段的情况，因为 TCP 有序列号机制，所以知道哪些段需要重发，发送方的缓冲区，会将待重发的段保存到缓冲区内，知道收到确认应答。

• 流控制：可以让发送端根据接收端的接收实力进行发送。接收端会向发送端发送可以接收的数据大小。另外为了防止接收不到窗口更新通知，发送端则会时不时发送一个窗口探测的数据来获取窗口信息。

• 拥塞控制：为了进行拥塞控制，TCP 发送方要维持一个 拥塞窗口(cwnd) 的状态变量。拥塞控制窗口的大小取决于网络的拥塞程度，并且动态变化。发送方让自己的发送窗口取为拥塞窗口和接收方的接受窗口中较小的一个。

  TCP 的拥塞控制采用了四种算法，即 慢开始 、 拥塞避免 、快重传 和 快恢复。

  慢开始： 慢开始算法的思路是当主机开始发送数据时，如果立即把大量数据字节注入到网络，那么可能会引起网络阻塞，因为现在还不知道网络的符合情况。经验表明，较好的方法是先探测一下，即由小到大逐渐增大发送窗口，也就是由小到大逐渐增大拥塞窗口数值。cwnd 初始值为 1，每经过一个传播轮次，cwnd 加倍 2，4，8，16，呈指数型增长。

  当然慢开始的 cwnd 的大小不是无限制增长的，当小于 ssthresh 时，使用慢启动算法，大于等于时则启动拥塞避免算法。

  拥塞避免： 那么进入拥塞避免算法后，它的规则是：每当收到一个 ACK 时，cwnd 增加 1/cwnd。此时则变成了线性增长。

  当报文就这么一直增长着后，网络就会慢慢进入了拥塞的状况了，于是就会出现丢包现象，这时就需要对丢失的数据包进行重传。

  当触发了重传机制，也就进入了拥塞发生算法,此时则采用两种方法解决丢包问题

  超时重传：当发生了「超时重传」，则就会使用拥塞发生算法。

  • 这个时候，ssthresh 和 cwnd 的值会发生变化：
    • ssthresh 设为 cwnd/2，
    • cwnd 重置为 1
  • 然后就重新慢启动，这大起大落不太行。

  **快速重传：**还有更好的方式，前面我们讲过「快速重传算法」。当接收方发现丢了一个中间包的时候，发送三次前一个包的 ACK，于是发送端就会快速地重传，不必等待超时再重传。

  TCP 认为这种情况不严重，因为大部分没丢，只丢了一小部分，则 ssthresh 和 cwnd 变化如下：cwnd = cwnd/2 ，也就是设置为原来的一半; ssthresh = cwnd; 进入快速恢复算法。

  **快速恢复：**快速重传和快速恢复算法一般同时使用，快速恢复算法是认为，你还能收到 3 个重复 ACK 说明网络也不那么糟糕，所以没有必要像 RTO 超时那么强烈。正如前面所说，进入快速恢复之前，cwnd 和 ssthresh 已被更新了：cwnd = cwnd/2 ，也就是设置为原来的一半; ssthresh = cwnd;

  • 进入快速恢复算法如下：拥塞窗口 cwnd = ssthresh + 3 （ 3 的意思是确认有 3 个数据包被收到了）； 重传丢失的数据包； 如果再收到重复的 ACK，那么 cwnd 增加 1；
  • 如果收到新数据的 ACK 后，把 cwnd 设置为第一步中的 ssthresh 的值，原因是该 ACK 确认了新的数据，说明从 duplicated ACK 时的数据都已收到，该恢复过程已经结束，可以回到恢复之前的状态了，也即再次进入拥塞避免状态；

简单总结

• 可靠性：TCP 通过序号、确认和重传机制来确保数据的可靠传输，能够检测丢失的数据包并进行重传，保证数据的完整性和正确性。
• 面向连接：TCP 在通信双方建立连接后才能进行数据传输，连接的建立和释放都需要经过三次握手和四次挥手的过程，保证了通信的可靠性。
• 有序性：TCP 保证数据包的顺序传输和接收，接收端会按照发送端发送的顺序重新组装数据包，保证数据的有序性。
• 流量控制：TCP 通过滑动窗口机制来控制数据的传输速率，避免发送方发送过多数据导致接收方无法处理。
• 拥塞控制：TCP 通过拥塞窗口和拥塞避免算法来控制网络拥塞，避免网络过载导致数据丢失和延迟增加。

39. 请详细说一下 TCP 的滑动窗口

TCP 的滑动窗口是一种流量控制机制，用于协调发送端和接收端之间的数据传输速度。

它基于窗口的概念，窗口大小代表了在不需要等待对方确认的情况下，发送端可以发送的数据量。

发送窗口主要由四个部分组成，分别是已发送并已确认、已发送但未确认、未发送但允许发送和不允许发送。

窗口大小的动态调整：发送窗口的大小不是固定不变的，它会根据接收端的反馈进行动态调整。

接收端会在确认信息（ACK）中告知发送端自己的接收窗口大小，发送端根据这个信息来调整自己的发送窗口。

滑动窗口的作用与优势

流量控制：滑动窗口机制有效地实现了发送端和接收端之间的流量控制。

通过动态调整窗口大小，发送端可以根据接收端的接收能力发送适量的数据，避免接收端缓冲区溢出导致数据丢失。例如，在网络拥塞或者接收端处理能力有限的情况下，接收端可以减小接收窗口，从而使发送端降低发送速度，保证数据传输的稳定性。

提高传输效率：滑动窗口允许发送端在收到确认信息之前发送多个数据包，不需要等待每个数据包的确认后再发送下一个，大大提高了数据传输的效率。这在高带宽、低延迟的网络环境下尤其明显，可以充分利用网络带宽，加快数据传输速度。同时，接收端也可以根据自己的处理能力和缓冲区状态灵活地接收和处理数据，进一步提高了整个传输过程的效率。

40. 请详细说一下 TCP 的拥塞控制

拥塞控制是一种在计算机网络中用于防止过多的数据注入网络，避免网络性能下降的机制。

在网络中，当注入网络的流量超过网络的处理能力时，就会出现拥塞现象。

拥塞控制的目标是在网络出现拥塞时，通过合理地调整发送端的数据发送速率，使得网络能够保持良好的性能，避免死锁和网络崩溃。

拥塞产生的原因主要有以下几种，网络资源有限、拓扑和路由选择的复杂性、突发流量和流量模式的不均

拥塞控制的主要算法

慢启动（Slow - Start）

在连接建立初期，发送端不知道网络的拥塞状况，因此采用慢启动算法来逐渐增加发送窗口的大小

发送端从一个较小的初始发送窗口开始（通常为一个或几个最大报文段长度 MSS）发送数据，每当收到一个确认（ACK），就将发送窗口大小加倍。

例如，初始窗口大小为 1MSS，收到一个 ACK 后，窗口大小变为 2MSS，再收到一个 ACK，窗口大小变为 4MSS，以此类推。这种指数增长的方式可以快速探测网络的可用带宽。

慢启动的目的是在不引起网络拥塞的前提下，尽快地增加发送数据的速率。

它通过逐渐增加发送窗口大小来试探网络的承载能力，避免一开始就发送大量数据导致网络拥塞

另外为了防止发送窗口无限制地增长，设置了一个慢启动阈值（ssthresh）。当发送窗口大小超过这个阈值时，就会进入拥塞避免阶段。

拥塞避免（Congestion - Avoidance）

当发送窗口大小超过慢启动阈值后，进入拥塞避免阶段，在这个阶段，发送窗口不再是指数增长，而是线性增长。

发送端每收到一个 ACK，就将发送窗口大小增加一个 MSS 的一小部分（通常为 1/MSS）。

例如，发送窗口大小为 16MSS，每收到一个 ACK，窗口大小增加 1/16MSS，这样发送窗口会以较为缓慢的速度增长，避免过快地占用网络资源。

拥塞避免阶段的主要目的是在网络已经有一定负载的情况下，更加谨慎地增加发送数据的速率，以防止网络出现拥塞。

通过线性增长发送窗口大小，可以更好地利用网络的剩余带宽，同时降低拥塞的风险。

快重传（Fast - Retransmit）

当接收端收到一个失序的报文段时，会立即发送重复的 ACK，通知发送端这个报文段可能丢失。

如果发送端连续收到三个重复的 ACK，就会认为这个报文段确实丢失了，不等超时定时器超时，就立即重传这个丢失的报文段。

例如，发送端发送了报文段 1、2、3，接收端收到了报文段 1 和 3，但没有收到报文段 2，此时认为 2 丢失了，因为已经收到了 3，但是未收到 2，接收端就会连续发送针对报文段 1 的 ACK，当发送端收到三个这样的重复 ACK 时，就会快速重传报文段 2。

目的：快重传机制可以避免发送端等待较长的超时时间才重传丢失的报文段，从而减少数据传输的延迟，提高网络的传输效率。它能够在网络出现少量丢包的情况下，快速地恢复数据传输。

快恢复（Fast - Recovery）

快恢复机制可以在网络出现少量丢包的情况下，更快地恢复数据传输的正常速率，避免了重新进行慢启动导致的发送速率过度降低，从而提高了网络的整体性能和传输效率。

与传统的慢启动过程相比，它不需要从一个很小的初始窗口重新开始增长，而是基于网络可能还有一定传输能力的判断，发送端将慢启动阈值（ssthresh）设置为当前发送窗口大小的一半，然后将发送窗口大小设置为新的 ssthresh 加上 3 个 MSS（这是因为收到了三个重复的 ACK，说明网络可能还可以传输一定的数据）。

之后，发送端在拥塞避免阶段的规则下继续增加发送窗口大小。

41. 请详细说一下 TCP 的拥塞控制

拥塞控制是一种在计算机网络中用于防止过多的数据注入网络，避免网络性能下降的机制。

在网络中，当注入网络的流量超过网络的处理能力时，就会出现拥塞现象。

拥塞控制的目标是在网络出现拥塞时，通过合理地调整发送端的数据发送速率，使得网络能够保持良好的性能，避免死锁和网络崩溃。

拥塞产生的原因主要有以下几种，网络资源有限、拓扑和路由选择的复杂性、突发流量和流量模式的不均

拥塞控制的主要算法

慢启动（Slow - Start）

在连接建立初期，发送端不知道网络的拥塞状况，因此采用慢启动算法来逐渐增加发送窗口的大小

发送端从一个较小的初始发送窗口开始（通常为一个或几个最大报文段长度 MSS）发送数据，每当收到一个确认（ACK），就将发送窗口大小加倍。

例如，初始窗口大小为 1MSS，收到一个 ACK 后，窗口大小变为 2MSS，再收到一个 ACK，窗口大小变为 4MSS，以此类推。这种指数增长的方式可以快速探测网络的可用带宽。

慢启动的目的是在不引起网络拥塞的前提下，尽快地增加发送数据的速率。

它通过逐渐增加发送窗口大小来试探网络的承载能力，避免一开始就发送大量数据导致网络拥塞

另外为了防止发送窗口无限制地增长，设置了一个慢启动阈值（ssthresh）。当发送窗口大小超过这个阈值时，就会进入拥塞避免阶段。

拥塞避免（Congestion - Avoidance）

当发送窗口大小超过慢启动阈值后，进入拥塞避免阶段，在这个阶段，发送窗口不再是指数增长，而是线性增长。

发送端每收到一个 ACK，就将发送窗口大小增加一个 MSS 的一小部分（通常为 1/MSS）。

例如，发送窗口大小为 16MSS，每收到一个 ACK，窗口大小增加 1/16MSS，这样发送窗口会以较为缓慢的速度增长，避免过快地占用网络资源。

拥塞避免阶段的主要目的是在网络已经有一定负载的情况下，更加谨慎地增加发送数据的速率，以防止网络出现拥塞。

通过线性增长发送窗口大小，可以更好地利用网络的剩余带宽，同时降低拥塞的风险。

快重传（Fast - Retransmit）

当接收端收到一个失序的报文段时，会立即发送重复的 ACK，通知发送端这个报文段可能丢失。

如果发送端连续收到三个重复的 ACK，就会认为这个报文段确实丢失了，不等超时定时器超时，就立即重传这个丢失的报文段。

例如，发送端发送了报文段 1、2、3，接收端收到了报文段 1 和 3，但没有收到报文段 2，此时认为 2 丢失了，因为已经收到了 3，但是未收到 2，接收端就会连续发送针对报文段 1 的 ACK，当发送端收到三个这样的重复 ACK 时，就会快速重传报文段 2。

目的：快重传机制可以避免发送端等待较长的超时时间才重传丢失的报文段，从而减少数据传输的延迟，提高网络的传输效率。它能够在网络出现少量丢包的情况下，快速地恢复数据传输。

快恢复（Fast - Recovery）

快恢复机制可以在网络出现少量丢包的情况下，更快地恢复数据传输的正常速率，避免了重新进行慢启动导致的发送速率过度降低，从而提高了网络的整体性能和传输效率。

与传统的慢启动过程相比，它不需要从一个很小的初始窗口重新开始增长，而是基于网络可能还有一定传输能力的判断，发送端将慢启动阈值（ssthresh）设置为当前发送窗口大小的一半，然后将发送窗口大小设置为新的 ssthresh 加上 3 个 MSS（这是因为收到了三个重复的 ACK，说明网络可能还可以传输一定的数据）。

之后，发送端在拥塞避免阶段的规则下继续增加发送窗口大小。

42. 说一下什么是半连接队列

在 TCP（Transmission Control Protocol）三次握手建立连接的过程中，服务器端会维护一个队列，这个队列用来保存处于 SYN_RECV 状态（即接收到客户端的 SYN 报文并已回复 SYN + ACK 报文，但还未收到客户端的 ACK 报文）的连接请求，这个队列就被称为半连接队列。

半连接队列在 TCP 三次握手过程中的作用

半连接队列的大小设置及影响因素

43. 什么是 SYN 攻击？

SYN 攻击（SYN Flood 攻击）是一种典型的分布式拒绝服务（DDoS）攻击方式。

它利用了 TCP（Transmission Control Protocol）三次握手协议的机制，通过向目标服务器发送大量伪造的 TCP SYN（同步序列号）请求报文，使服务器的资源耗尽，从而无法正常处理合法用户的连接请求。

SYN 攻击的原理

正常的 TCP 三次握手过程

SYN 攻击过程

SYN 攻击的危害

如何防范 SYN 攻击

UDP

44. UDP 的特点

1. 无连接：UDP 是无连接的协议，不需要进行握手和断开连接的操作，因此传输效率较高。
2. 不可靠：UDP 不保证数据的可靠传输，数据包可能会丢失、重复或乱序。对于一些对数据完整性要求较高的应用场景，不适合使用 UDP。
3. 面向数据报：UDP 是面向数据报的协议，每个数据包都是独立的，没有先后顺序的要求。
4. 没有拥塞控制：UDP 没有拥塞控制机制，当网络拥塞时可能会导致数据包丢失或延迟。
5. 适用于实时性要求高的应用：由于 UDP 传输速度快，适用于对实时性要求高的应用，如音视频传输、在线游戏等。
6. 简单轻量：UDP 的头部较小，传输效率高，适用于一些对传输延迟要求较高的应用场景。

45. 🌟TCP 和 UDP 的区别

	面向连接	传输可靠	传输形式	传输效率	所需资源	应用场景	首部字节
TCP	面向连接	可靠	字节流	慢	多	要求通信的数据可靠，比如文件传输，邮件传输	20-60
UDP	无连接	不可靠	数据报文段	快	少	要求通信速度快	8

46. 🌟TCP 的应用场景

• TCP 提供面向连接的服务。在传送数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。
• TCP 不提供广播或多播服务。
• 由于 TCP 要提供可靠的面向连接的传输服务，TCP 的可靠体现在 TCP 在传递数据之前，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。在数据传完后，还会断开连接用来节约系统资源，难以避免增加了许多开销，如消息确认，流量控制，计时器以及连接管理等。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多处理机资源。TCP 一般用于文件传输、发送和接收邮件、远程登录等场景。

47. 🌟UDP 的应用场景

• 广播：因为其可以一对多进行发送，所以可用于广播
• 实时游戏：因为 TCP 如果丢包，则会等待这个包进行重发，这样就会卡住，有可能出现，恢复传输后，游戏角色已经死亡的情况
• 网页或者 app 的访问：如 QUIC
• 实时视频和音频传输：如视频会议、游戏语音聊天。

48. 请说一下网络层的功能？

OSI 网络层具有以下功能：

• 逻辑寻址：将数据包从一个网络发送到另一个网络需要逻辑寻址。它有助于区分源系统和目标系统。网络层会在来自上层的数据上添加一个头部，包含发送方和接收方的逻辑地址。网络中的每个主机都必须有一个唯一的地址，以确定其位置。这个地址通常是从一个分层系统中分配的。
• 路由：由于网络被划分为子网并连接到其他网络以进行广域通信，网络使用网关或路由器来路由数据包到它们的最终目的地。这也被称为转发数据包（第 3 层协议数据单元）的过程。
• 路由协议：路由器用于动态了解网络中地址的协议，以便在路由或转发过程中进行决策。

49. 说一下 IP 数据包的组成？

IP 数据包由一个头部和有效载荷组成

IP 头部

IPv4 数据包头部包含以下内容：

• 4 位版本号：指定这是 IPv4 还是 IPv6 数据包。
• 4 位互联网头部长度：头部的长度，以 4 字节的倍数表示（例如，5 表示 20 字节）。
• 8 位服务类型：也称为服务质量（QoS），描述数据包应具有的优先级。
• 16 位数据包长度：数据包的长度，以字节为单位。
• 16 位标识符：帮助从多个片段中重建数据包的标识标签。
• 3 位标志：第一位为 0，第二位表示数据包是否允许被分片（DF 或不分片），第三位表示是否还有更多数据包片段（MF 或更多片段）。
• 13 位片段偏移量：用于标识片段在原始数据包中的位置。
• 8 位生存时间（TTL）：数据包允许通过的跳数（路由器、计算机或网络中的设备）。例如，TTL 为 16 的数据包将被允许通过 16 个路由器到达目的地，然后才会被丢弃。
• 8 位协议：（TCP、UDP、ICMP 等）。
• 16 位头部校验和：用于错误检测的数字。
• 32 位源 IP 地址。
• 32 位目标地址。

在这些 160 位之后，可以根据使用的协议添加可变长度的可选标志，然后是数据包携带的数据。IP 数据包没有尾部。然而，IP 数据包通常作为有效载荷被封装在以太网帧中，以太网帧有自己的头部和尾部。

50. 请说一下 IP 路由？

数据包通过一个或多个路由器和网络从源路由到目的地。IP 路由协议使路由器能够建立一个转发表，将最终目标地址与下一跳地址关联起来。用于路由的各种协议包括边界网关协议（BGP）、中间系统 - 中间系统（IS-IS）、开放最短路径优先（OSPF）和路由信息协议（RIP）。

IP 路由是逐跳进行的。IP 不知道到任何目的地的完整路径（除了直接连接的）。IP 路由提供下一跳路由器的 IP 地址，数据将被发送到该路由器，假设下一跳路由器更接近目的地。IP 路由执行以下操作：

• 在路由表中查找与完整目标 IP 地址（匹配网络 ID 和主机 ID）匹配的条目。如果找到，将数据包发送到指定的下一跳路由器或直接连接的接口。
• 在路由表中查找仅与目标网络 ID 匹配的条目。如果找到，将数据包发送到指定的下一跳路由器或直接连接的接口。目标网络上的所有主机都可以通过这一条路由表条目来处理。
• 在路由表中查找标记为“默认”的条目。如果找到，将数据包发送到指定的下一跳路由器。

如果以上步骤都无法完成，数据报将无法投递。如果无法投递的数据报是在本主机生成的，则通常会向生成数据报的应用程序返回“主机不可达”或“网络不可达”错误。路由表中的每个条目包括以下内容：

• 数据报应通过哪个网络接口进行传输。
• 目标 IP 地址。它是一个主机地址或网络地址，由标志字段指定。主机地址的主机 ID 非零，标识特定的主机，而网络地址的主机 ID 为 0，标识该网络上的所有主机。
• 下一跳路由器的 IP 地址或直接连接的网络。下一跳路由器不是最终目的地，但它会将数据转发到最终目的地。
• 一个标志指定目标 IP 地址是网络地址还是主机地址。另一个标志说明下一跳路由器字段是否真的是下一跳路由器，还是直接连接的接口。

IP 路由协议将有效的、无环路的路由加载到路由表中，涉及以下功能：

• 如果到一个子网有多个路由可用，则放置最佳路由。
• 从路由表中移除无效路由。
• 动态学习并为所有子网加载路由表。
• 快速用最佳可用路由替换丢失的路由，这也被称为收敛时间。
• 防止路由环路。

每个路由协议都会发布其路由，如下所示：

• 为直接连接到它的每个子网添加一条路由。
• 更新邻居路由器关于所有直接连接和已学习的路由的信息。
• 从邻居那里添加新路由。

51. 什么是 IP 寻址？

IP 地址是一个 32 位二进制数，如下所示：

00000100 10000000 00000011 00000001

它被分成四个 8 位块，称为八位组，并以十进制数字表示，以便人类理解，例如 4.128.3.1。IP 地址由两部分组成：

• 最左边的位指定网络地址部分，称为网络 ID。
• 最右边的位指定主机地址部分，称为主机 ID。

同一网络中的主机可以通过 MAC 地址相互通信，但对于不同网络，需要一个路由器来移动数据。每个局域网都有一个唯一的网络 ID，该网络上的所有主机都有相同的网络 ID，但主机 ID 不同。网络 ID 使路由器能够将数据包放到正确的网络段上。为了决定哪个网络是正确的，路由器会查找路由表，这是一个包含网络地址（网络 ID + 所有主机位都设为 0）的条目的表。每个网络接口使用一个唯一的 IP 地址。

52. 什么是 A、B 和 C 类网络 ？

IP 地址被划分为不同的类别，以适应不同规模的网络，如下所示：

• A 类（1-126）：它支持非常大的网络，只使用第一个八位组作为网络地址，其余三个八位组用于主机地址。A 类地址的第一个位始终为 0，但最低数字表示的是 00000000（十进制 0），最高数字是 01111111（十进制 127），这两个数字都被保留，不能用作网络地址。任何以 127 开头的地址都保留用于环回。
• B 类（128-191）：它支持中型和大型网络，前两个八位组用于网络地址，其余两个八位组用于主机地址。B 类地址的前两位是二进制数 10；因此，最低数字表示的是 10000000（十进制 128），最高数字是 1011111（十进制 191）。
• C 类（192-223）：它支持小型网络，前三个八位组用于网络地址，剩下的一个八位组用于主机地址。C 类地址的前三位是二进制数 110，因此，最低数字表示的是 11000000（十进制 192），最高数字是 11011111（十进制 223）。
• D 类：224-239 保留用于多播，允许一个站点同时向多个接收者发送数据报。它的前四位是二进制数 1110。
• E 类：240-255 是实验地址，由 IETF 保留用于研究。

每个类别的开头和结尾的块分别称为网络地址和广播地址。这两个特殊的 IP 地址被保留，详细说明如下：

• 网络地址：所有主机位都设为 0，以标识网络本身，不能被分配，例如 46.0.0.0 是包含主机 46.4.64.

21 的网络的网络地址。

• 广播地址：所有主机位都设为 1，用于向网络上的所有设备发送数据，例如 46.255.255.255 是包含主机 46.4.64.21 的网络的广播地址。路由器会在所有接口上转发广播数据包，但通常路由器会禁用广播转发。

A、B、C、D、E 类 IP 地址的列表总结如下：

类别	首位比特	起始值	结束值	网络位数	主机位数
A	0	0.0.0.0	127.255.255.255	8	24
B	10	128.0.0.0	191.255.255.255	16	16
C	110	192.0.0.0	223.255.255.255	24	8
D	1110	224.0.0.0	239.255.255.255	-	-

互联网名称与数字地址分配机构（ICANN，www.icann.org）负责全球 IP 地址的分配，ICANN 将区域权限分配给其他合作组织。

53. 说一下传输控制协议?

TCP 是一种面向连接的、可靠的协议。TCP 必须在两端用户应用程序之间建立连接（虚拟电路），然后才能进行数据传输。TCP 提供的服务运行在两端的主机计算机上，而不是在网络中。因此，TCP 协议管理端到端的连接。TCP 在 RFC 793 中定义，并完成以下功能：

• 将从会话层传递下来的消息分割成多个段。
• 为每个段添加序列号以进行排序。
• 验证从网络层传递到目标端的每个段。
• 重新组装接收到的段以形成消息。
• 将消息传递到会话层。

无论端点的位置如何，TCP 都以相同的方式执行其功能。TCP 段结构如下图所示：

TCP 头部包含 11 个字段，其中只有 10 个是必需的。第十一个字段是可选的，称为“选项”。TCP 头部字段的详细信息如下：

• 源端口（16 位）：标识发送端口。
• 目标端口（16 位）：标识接收端口。
• 序列号（32 位）：确保到达数据的正确排序。
• 确认号（32 位）：下一个期望的 TCP 字节。
• 保留（4 位）：保留供将来使用，设为零。
• 标志（8 位）（或控制位）：包含 8 个 1 位标志。
• 窗口（16 位）：接收方目前愿意接收的字节数。
• 校验和（16 位）：用于头部和数据的错误检查。
• 紧急指针（16 位）：指示紧急数据的结束位置。
• 选项（可变 0-320 位，以 32 为倍数）：其长度由数据偏移字段决定。选项 0 和 1 的长度为一个字节（8 位）。其余选项在第二个字节中指示总长度（以字节为单位）。

TCP 报头标志位（Flags）​

1. NS（Nonce Sum，1 位）​

   • 作用：用于 ECN（显式拥塞通知）的非隐蔽保护，防止恶意利用 ECN 机制（RFC 3540）。
   • 扩展功能：属于 TCP 扩展选项，实验性字段。

2. CWR（Congestion Window Reduced，1 位）​

   • 作用：发送方设置此标志，表示已收到带有 ECE 标志的报文，并已通过减少拥塞窗口来响应拥塞（RFC 3168）。
   • 场景：用于显式拥塞控制（ECN）。

3. ECE（ECN-Echo，1 位）​

   • 作用：
     • 在建立连接（SYN=1 时）时，表示支持 ECN 功能。
     • 在数据传输（SYN=0 时）时，表示接收到了拥塞通知（IP 头部 ECN=11 的报文）。
   • 扩展功能：与 CWR 配合实现显式拥塞控制（RFC 3168）。

4. URG（Urgent，1 位）​

   • 作用：紧急指针有效标志。若置 1，表示数据中包含紧急数据，需优先处理。
   • 关联字段：紧急指针（Urgent Pointer）指定紧急数据的位置。

5. ACK（Acknowledgment，1 位）​

   • 作用：确认号有效标志。若置 1，表示报文的确认号（Acknowledgment Number）有效。
   • 场景：除初始 SYN 报文外，所有报文 ACK 标志通常置 1。

6. PSH（Push，1 位）​

   • 作用：要求接收方立即将数据提交给应用层，无需等待缓冲区填满。
   • 应用：适用于实时性要求高的场景（如 Telnet）。

7. RST（Reset，1 位）​

   • 作用：强制重置连接。用于拒绝非法连接请求或异常中断连接。
   • 场景：服务端拒绝连接或检测到严重错误时发送 RST 报文。

8. SYN（Synchronize，1 位）​

   • 作用：同步序列号，用于建立 TCP 连接。
   • 三次握手：在 SYN 报文中携带初始序列号（ISN）。

9. FIN（Finish，1 位）​

   • 作用：终止连接标志。发送方数据已传输完毕，请求释放连接。
   • 四次挥手：双方各发送一次 FIN 报文以关闭连接。

53.TCP 错误恢复、流量控制和数据分段？

错误恢复

TCP 通过在头部使用序列号和确认号字段为可靠的数据传输或可靠性或错误恢复提供支持。TCP 被设计为能够从节点或线路故障中恢复，其中网络会将路由表更改传播到所有路由器节点，但 TCP 在启动恢复时相对较慢。

TCP 将数据视为字节流。它逻辑上为每个字节分配一个序列号。TCP 数据包的头部会说明，“这个数据包从字节 379642 开始，包含 200 个字节的数据。”接收方可以检测到丢失或排序错误的数据包。TCP 会确认已接收的数据，并重新传输丢失的数据。错误恢复是在客户端和服务器之间端到端进行的。例如，服务器向客户端发送 1000 个字节的数据，TCP 头部使用序列号 1000。服务器又发送了 1000 个字节的数据，序列号为 2000，然后又发送了 1000 个字节的数据，序列号为 3000。接下来，客户端向服务器发送确认，确认已成功接收 3000 个字节。确认字段中的 4000 表示下一个要接收的字节。

使用滑动窗口的流量控制

TCP 通过在头部使用序列号、确认号和窗口字段实现流量控制。窗口字段指定在任何时间点允许未确认的字节数的最大值。窗口最初较小，然后会不断增大，直到出现错误，因此也被称为动态窗口。随着实际的序列号和确认号随时间增长，窗口也被称为滑动窗口。其工作方式如下：

• 当失败的确认提示发送方放慢速度或停止发送时，丢弃数据段。
• 设置较小的窗口大小，因为每个 TCP 确认都包含一个名为窗口大小的字段，该字段指定接收 TCP 当前准备接收的字节数。将窗口大小设置为较小的值允许在未来处理较少的数据。更具体地说，窗口大小是发送方在

从接收方获得确认之前允许发送的数据段的数量。较小的窗口大小意味着发送 TCP 必须等待更多的确认才能发送相同数量的数据，因此，这些额外的确认所导致的时间延迟会减慢数据传输过程。

如果在窗口完成之前收到确认，将开始一个新的窗口，发送方将继续发送数据，直到当前窗口完成。滑动窗口机制也被称为正确认证和重传（PAR）。

数据分段和有序数据传输

不同的数据链路协议对可以在数据链路层帧内发送的最大传输单元（MTU）有不同的限制。因此，MTU 是可以放入帧的数据字段中的最大第 3 层数据包的大小，例如，对于以太网，IP 数据包小于 1500 字节，因此，TCP 将数据分段成较小的部分，称为段，通常为 1460 字节的块，并为它们分配序列号。在接收端，TCP 重新组装段，并恢复丢失的段。

在传输过程中，段可能会以错误的顺序到达，因此，接收端的 TCP 执行有序数据传输，通过重新组装数据到原始顺序来实现，例如，如果段以 1500、3500 和 2500 的序列号到达，每个段都包含 1000 字节的数据，接收方可以在不重新传输的情况下重新排序它们。TCP 头部和数据字段一起被称为 TCP 段或 L4 PDU，因为 TCP 是第 4 层协议。

54. TCP 连接建立和终止

连接建立指的是初始化序列号和确认号字段，并就使用哪个端口号达成一致的过程。这是一个三步过程，连接建立使用 TCP 头部中的两个标志位，即 SYN 和 ACK 标志。SYN 表示“同步序列号”，用于初始化序列号，ACK 字段表示“此头部中的确认字段有效”，用于确认收到的序列号。要建立连接，两个终端站必须对彼此的初始 TCP 序列号进行同步。这种初始交换确保了可以恢复丢失的数据。同步的步骤如下：

• A → B SYN - 我的序列号是 X
• A ← B ACK - 你的序列号是 X - 1；期望下一个为 X + 1
• A ← B SYN - 我的序列号是 Y
• A → B ACK - 你的序列号是 Y - 1；期望下一个为 Y + 1

由于步骤 2 和 3 被合并成一条消息，因此被称为三次握手。TCP 连接终止是一个四步过程，使用了一个额外的标志，称为 FIN 位（或“完成”）。TCP 在端点之间建立和终止连接，而 UDP 则不这样做，因此，根据连接管理协议，可以分为以下两类：

• 面向连接的协议：一种需要在数据传输开始之前进行消息交换的协议，或者在两个端点之间有一个必需的预先建立的关联。
• 无连接协议：一种不需要进行消息交换且不需要在两个端点之间预先建立关联的协议。

55. UDP（用户数据报协议）

UDP 是一种无连接且不确认的协议，以“尽力而为”的方式传输消息，不对段的投递进行检查。UDP 依赖上层协议来实现可靠性。在网络中，广播和单播消息由 UDP 携带，使用 UDP 的协议包括 TFTP、SNMP、NFS 和 DNS。UDP 头部仅包含 4 个字段，其中两个是可选的（已突出显示），如下图所示：

• 源端口：调用端的标识符。
• 目标端口：被调用端的标识符。
• 长度：UDP 头部和 UDP 数据的长度。
• 校验和：头部和数据字段的计算校验和。

UDP 没有重新排序或恢复机制。然而，UDP 与 TCP 一样使用端口号进行数据传输和多路复用，但 UDP 使用的字节开销和处理量比 TCP 少。因此，使用 UDP 的应用程序应该能够容忍数据丢失。VoIP 使用 UDP，因为发现并重新传输丢失的语音数据包所需的时间会增加太多延迟。同样，任何 DNS 请求失败都会被重新尝试。

来源：TCP/IP Packet Formats and Ports - Tutorial