计算机网络-传输层

2019/09/15 ComputerNetwork 共 9966 字,约 29 分钟

传输层

网络层只把分组发送到目的主机,但是真正通信的并不是主机而是主机中的进程。传输层提供了进程间的逻辑通信,传输层向高层用户屏蔽了下面网络层的核心细节,使应用程序看起来像是在两个传输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道。

UDP 和 TCP 的特点

  • 用户数据报协议 UDP(User Datagram Protocol)是无连接的,尽最大可能交付,没有拥塞控制,面向报文(对于应用程序传下来的报文不合并也不拆分,只是添加 UDP 首部),支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
  • 传输控制协议 TCP(Transmission Control Protocol)是面向连接的,提供可靠交付,有流量控制,拥塞控制,提供全双工通信,面向字节流(把应用层传下来的报文看成字节流,把字节流组织成大小不等的数据块),每一条 TCP 连接只能是点对点的(一对一)。

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。

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、按需到达。
  • UDP 是尽最大努力交付,不保证可靠交付数据。

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。

UDP 首部格式

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  • 首部字段只有 8 个字节,包括源端口、目的端口、长度、检验和。12 字节的伪首部是为了计算检验和临时添加的。
  • 首都长度是固定的

TCP 首部格式

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  • 序号 :用于对字节流进行编号,例如序号为 301,表示第一个字节的编号为 301,如果携带的数据长度为 100 字节,那么下一个报文段的序号应为 401。
  • 确认号 :期望收到的下一个报文段的序号。例如 B 正确收到 A 发送来的一个报文段,序号为 501,携带的数据长度为 200 字节,因此 B 期望下一个报文段的序号为 701,B 发送给 A 的确认报文段中确认号就为 701。
  • 数据偏移 :指的是数据部分距离报文段起始处的偏移量,实际上指的是首部的长度。
  • 确认 ACK :当 ACK=1 时确认号字段有效,否则无效。TCP 规定,在连接建立后所有传送的报文段都必须把 ACK 置 1。
  • 同步 SYN :在连接建立时用来同步序号。当 SYN=1,ACK=0 时表示这是一个连接请求报文段。若对方同意建立连接,则响应报文中 SYN=1,ACK=1。
  • 终止 FIN :用来释放一个连接,当 FIN=1 时,表示此报文段的发送方的数据已发送完毕,并要求释放连接。
  • 窗口 :窗口值作为接收方让发送方设置其发送窗口的依据。之所以要有这个限制,是因为接收方的数据缓存空间是有限的。

  • 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。

TCP 的三次握手

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假设 A 为客户端,B 为服务器端。

  • 首先 B 处于 LISTEN(监听)状态,等待客户的连接请求。
  • A 向 B 发送连接请求报文,SYN=1,ACK=0,选择一个初始的序号 x。
  • B 收到连接请求报文,如果同意建立连接,则向 A 发送连接确认报文,SYN=1,ACK=1,确认号为 x+1,同时也选择一个初始的序号 y。
  • A 收到 B 的连接确认报文后,还要向 B 发出确认,确认号为 y+1,序号为 x+1。
  • B 收到 A 的确认后,连接建立。

三次握手的原因

第三次握手是为了防止失效的连接请求到达服务器,让服务器错误打开连接。

客户端发送的连接请求如果在网络中滞留,那么就会隔很长一段时间才能收到服务器端发回的连接确认。客户端等待一个超时重传时间之后,就会重新请求连接。但是这个滞留的连接请求最后还是会到达服务器,如果不进行三次握手,那么服务器就会打开两个连接。如果有第三次握手,客户端会忽略服务器之后发送的对滞留连接请求的连接确认,不进行第三次握手,因此就不会再次打开连接。

TCP 的四次挥手

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以下描述不讨论序号和确认号,因为序号和确认号的规则比较简单。并且不讨论 ACK,因为 ACK 在连接建立之后都为 1。

  • A 发送连接释放报文,FIN=1。
  • B 收到之后发出确认,此时 TCP 属于半关闭状态,B 能向 A 发送数据但是 A 不能向 B 发送数据。
  • 当 B 不再需要连接时,发送连接释放报文,FIN=1。
  • A 收到后发出确认,进入 TIME-WAIT 状态,等待 2 MSL(最大报文存活时间)后释放连接。
  • B 收到 A 的确认后释放连接。

四次挥手的原因

客户端发送了 FIN 连接释放报文之后,服务器收到了这个报文,就进入了 CLOSE-WAIT 状态。这个状态是为了让服务器端发送还未传送完毕的数据,传送完毕之后,服务器会发送 FIN 连接释放报文。

TIME_WAIT

客户端接收到服务器端的 FIN 报文后进入此状态,此时并不是直接进入 CLOSED 状态,还需要等待一个时间计时器设置的时间 2MSL。这么做有两个理由:

  • 确保最后一个确认报文能够到达。如果 B 没收到 A 发送来的确认报文,那么就会重新发送连接释放请求报文,A 等待一段时间就是为了处理这种情况的发生。
  • 等待一段时间是为了让本连接持续时间内所产生的所有报文都从网络中消失,使得下一个新的连接不会出现旧的连接请求报文。

TCP 可靠传输

TCP 使用超时重传来实现可靠传输:如果一个已经发送的报文段在超时时间内没有收到确认,那么就重传这个报文段。

一个报文段从发送再到接收到确认所经过的时间称为往返时间 RTT,加权平均往返时间 RTTs 计算如下:

TCP 滑动窗口

窗口是缓存的一部分,用来暂时存放字节流。发送方和接收方各有一个窗口,接收方通过 TCP 报文段中的窗口字段告诉发送方自己的窗口大小,发送方根据这个值和其它信息设置自己的窗口大小。

发送窗口内的字节都允许被发送,接收窗口内的字节都允许被接收。如果发送窗口左部的字节已经发送并且收到了确认,那么就将发送窗口向右滑动一定距离,直到左部第一个字节不是已发送并且已确认的状态;接收窗口的滑动类似,接收窗口左部字节已经发送确认并交付主机,就向右滑动接收窗口。

接收窗口只会对窗口内最后一个按序到达的字节进行确认,例如接收窗口已经收到的字节为 {31, 34, 35},其中 {31} 按序到达,而 {34, 35} 就不是,因此只对字节 31 进行确认。发送方得到一个字节的确认之后,就知道这个字节之前的所有字节都已经被接收。

TCP 流量控制

流量控制是为了控制发送方发送速率,保证接收方来得及接收。

接收方发送的确认报文中的窗口字段可以用来控制发送方窗口大小,从而影响发送方的发送速率。将窗口字段设置为 0,则发送方不能发送数据。

TCP 拥塞控制

小结:

  • 慢开始从拥塞窗口为1开始一点点的成倍增加发送速度。到慢开始门限就开始拥塞避免,每次只加1
  • 超时了就重新开始慢开始,同时慢开始门限为上次超时时拥塞窗口的一半。超时认为是拥塞。
  • 快重传是快速发出重复确认,3次确认就是就重传。
  • 快恢复是快重传紧接着直接拥塞避免,跳过慢开始。

如果网络出现拥塞,分组将会丢失,此时发送方会继续重传,从而导致网络拥塞程度更高。因此当出现拥塞时,应当控制发送方的速率。这一点和流量控制很像,但是出发点不同。流量控制是为了让接收方能来得及接收,而拥塞控制是为了降低整个网络的拥塞程度。

TCP 主要通过四个算法来进行拥塞控制:慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复。

发送方需要维护一个叫做拥塞窗口(cwnd)的状态变量,注意拥塞窗口与发送方窗口的区别:拥塞窗口只是一个状态变量,实际决定发送方能发送多少数据的是发送方窗口。

为了便于讨论,做如下假设:

  • 接收方有足够大的接收缓存,因此不会发生流量控制;
  • 虽然 TCP 的窗口基于字节,但是这里设窗口的大小单位为报文段。

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1. 慢开始与拥塞避免

发送的最初执行慢开始,令 cwnd = 1,发送方只能发送 1 个报文段;当收到确认后,将 cwnd 加倍,因此之后发送方能够发送的报文段数量为:2、4、8 …

注意到慢开始每个轮次都将 cwnd 加倍,这样会让 cwnd 增长速度非常快,从而使得发送方发送的速度增长速度过快,网络拥塞的可能性也就更高。设置一个慢开始门限 ssthresh,当 cwnd >= ssthresh 时,进入拥塞避免,每个轮次只将 cwnd 加 1。

如果出现了超时,则令 ssthresh = cwnd / 2,然后重新执行慢开始。

2. 快重传与快恢复

快重传:

  • 要求接收方每收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认而不是等待自己发送数据时才捎带确认
  • 发送方只要一连收到三个重复确认就立即重传对方尚未收到的报文段,而不必等待设置的重传计时器到期

在接收方,要求每次接收到报文段都应该对最后一个已收到的有序报文段进行确认。例如已经接收到 M1 和 M2,此时收到 M4,应当发送对 M2 的确认。

在发送方,如果收到三个重复确认,那么可以知道下一个报文段丢失,此时执行快重传,立即重传下一个报文段。例如收到三个 M2,则 M3 丢失,立即重传 M3。

快恢复:

  • 当发送方连续收到三个重复确认时,就执行“乘法减小”算法,把慢开始门限ssthresh减半,为了预防网络拥塞

  • 将拥塞窗口cwnd值设置为慢开始门限ssthresh减半后的数值,然后开始执行拥塞避免算法。 令 ssthresh = cwnd / 2 ,cwnd = ssthresh,注意到此时直接进入拥塞避免。

慢开始和快恢复的快慢指的是 cwnd 的设定值,而不是 cwnd 的增长速率。慢开始 cwnd 设定为 1,而快恢复 cwnd 设定为 ssthresh。

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QA

TCP的可靠性原理

可靠传输有如下两个特点:

  1. 传输信道无差错,保证传输数据正确;
  2. 不管发送方以多快的速度发送数据,接收方总是来得及处理收到的数据;

首先,采用三次握手来建立TCP连接,四次握手来释放TCP连接,从而保证建立的传输信道是可靠的。

其次,TCP采用了连续ARQ协议(回退N(Go-back-N);超时自动重传)来保证数据传输的正确性,使用滑动窗口协议来保证接方能够及时处理所接收到的数据,进行流量控制。

最后,TCP使用慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复来进行拥塞控制,避免网络拥塞。

粘包与拆包

TCP是面向字节流的协议,把上层应用层的数据看成字节流,所以它发送的不是固定大小的数据包,TCP协议也没有字段说明发送数据包的大小。

而且TCP不保证接受方应用程序收到的数据块和发送应用程序发送的数据块具有对应的大小关系

比如发送方应用程序交给发送方TCP 10个数据块,接受方TCP可能只用了4个数据块就完整的把接受到的字节流交给了上层应用程序。

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

为什么会产生粘包和拆包呢?

  • 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。

TCP粘包/拆包解决策略

由于TCP无法理解上一层的业务数据特点,所以TCP是无法保证发送的数据包不发生粘包和拆包,这个问题只能通过上层的协议栈设计来解决,解决思路有一下几种:

  • 消息定长:每个发送的数据包大小固定,比如100字节,不足100字节的用空格补充,接受方取数据的时候根据这个长度来读取数据
  • 消息末尾增加换行符来表示一条完整的消息:接收方读取的时候根据换行符来判断是否是一条完整的消息,如果消息的内容也包含换行符,那么这种方式就不合适了。
  • 将消息分为消息头和消息尾两部分,消息头指定数据长度,根据消息长度来读取完整的消息,例如UDP协议是这么设计的,用两个字节来表示消息长度,所以UDP不存在粘包和拆包问题。

三次握手过程中可以携带数据吗

其实第三次握手的时候,是可以携带数据的,也就是说,第一次、第二次握手不可以携带数据,而第三次握手是可以携带数据的。

假如第一次握手可以携带数据的话,如果有人要恶意攻击服务器,那他每次都在第一次握手中的 SYN 报文中放入大量的数据,因为攻击者根本就不理服务器的接收、发送能力是否正常,然后疯狂着重复发 SYN 报文的话,这会让服务器花费很多时间、内存空间来接收这些报文。也就是说,第一次握手可以放数据的话,其中一个简单的原因就是会让服务器更加容易受到攻击了。

而对于第三次的话,此时客户端已经处于 established 状态,也就是说,对于客户端来说,他已经建立起连接了,并且也已经知道服务器的接收、发送能力是正常的了,所以能携带数据没啥毛病。

流量控制引发的死锁

当发送者收到了一个窗口为0的应答,发送者便停止发送,等待接收者的下一个应答。

但是如果这个窗口不为0的应答在传输过程丢失,发送者一直等待下去,而接收者以为发送者已经收到该应答,等待接收新数据,这样双方就相互等待,从而产生死锁。

为了避免流量控制引发的死锁,TCP使用了持续计时器。每当发送者收到一个零窗口的应答后就启动该计时器。时间一到便主动发送报文询问接收者的窗口大小。若接收者仍然返回零窗口,则重置该计时器继续等待;若窗口不为0,则表示应答报文丢失了,此时重置发送窗口后开始发送,这样就避免了死锁的产生。

udp分片?

udp不分片,要分片也是ip协议进行的分片。

一个包会分为多个片发送,如果一个片丢了那么就需要重新发送整个包,非常浪费,因此也是建议有最大大小: 65507字节。

tcp是tcp和ip都有分片。

为什么IP和TCP需要分片和分段?

  • IP 协议拆分数据是因为物理设备的限制,一次能够传输的数据由路径上 MTU 最小的设备决定,一旦 IP 协议传输的数据包超过 MTU 的限制就会发生分片,所以我们需要通过路径 MTU 发现获取传输路径上的 MTU 限制;
  • TCP 协议拆分数据是为了保证传输的可靠性和顺序,作为可靠的传输协议,为了保证数据的传输顺序,它需要为每一个数据段增加包含序列号的 TCP 协议头,如果数据段大小超过了 IP 协议的 MTU 限制, 就会带来更多额外的重传和重组开销,影响性能。

既然IP层会分片,为什么TCP层也还要分段?

  • 数据在TCP分段,就是为了在IP层不需要分片,同时发生重传的时候只重传分段后的小份数据。籍此来保证效率,不需要整个重传。

另外ip层包大小限制来自于数据链路层,因此如果遇到了特殊的要求,限制很小,还是会ip分片的。

TCP分段时使用MSS,IP分片时使用MTU

MSS是通过MTU计算得到,在三次握手和发送消息时都有可能产生变化。

IP分片是不得已的行为,尽量不在IP层分片,尤其是链路上中间设备的IP分片。因此,在IPv6中已经禁止中间节点设备对IP报文进行分片,分片只能在链路的最开头和最末尾两端进行。

tcp为什么三次握手?

TCP 建立连接时通过三次握手可以有效地避免历史错误连接的建立,减少通信双方不必要的资源消耗,三次握手能够帮助通信双方获取初始化序列号,它们能够保证数据包传输的不重不丢,还能保证它们的传输顺序,不会因为网络传输的问题发生混乱,到这里不使用『两次握手』和『四次握手』的原因已经非常清楚了:

  • 『两次握手』:无法避免历史错误连接的初始化,浪费接收方的资源;
  • 『四次握手』:TCP 协议的设计可以让我们同时传递 ACK 和 SYN 两个控制信息,减少了通信次数,所以不需要使用更多的通信次数传输相同的信息;

为什么tcp有性能问题?

TCP 协议的一些设计在今天来看虽然仍然具有巨大的价值,但是并不能适用于所有场景。为了解决 TCP 的性能问题,目前业界有两种解决方案:

  1. 使用 UDP 构建性能更加优异、更灵活的传输协议,例如:QUIC19 等;
  2. 通过不同的手段优化 TCP 协议的性能,例如:选择性 ACK(Selective ACK, SACK),TCP 快开启(TCP Fast Open, TFO);

由于 TCP 协议在操作系统内核中,不利于协议的更新,所以第一种方案目前发展的更好,HTTP/3 就使用了 QUIC 作为传输协议20。我们在这里重新回顾一下导致 TCP 性能问题的三个重要原因:

  • TCP 的拥塞控制在发生丢包时会进行退让,减少能够发送的数据段数量,但是丢包并不一定意味着网络拥塞,更多的可能是网络状况较差;
  • TCP 的三次握手带来了额外开销,这些开销不只包括需要传输更多的数据,还增加了首次传输数据的网络延迟;
  • TCP 的重传机制在数据包丢失时可能会重新传输已经成功接收的数据段,造成带宽的浪费;

什么是半连接队列

服务器第一次收到客户端的 SYN 之后,就会处于 SYN_RCVD状态,此时双方还没有完全建立其连接,服务器会把此种状态下请求连接放在一个队列里,我们把这种队列称之为半连接队列。如果重传次数超过系统规定的最大重传次数,系统将该连接信息从半连接队列中删除。

当然还有一个全连接队列,就是已经完成三次握手,建立起连接的就会放在全连接队列中。如果队列满了就有可能会出现丢包现象。

什么是泛洪攻击?

泛洪攻击(SYN Flood Attack)是一种常见的 DoS(拒绝服务)攻击,攻击者会发送大量的伪造的 TCP 连接请求,导致服务器资源耗尽,无法处理正常的连接请求。

半连接服务拒绝,也称为 SYN 洪泛攻击或 SYN Flood。

所谓的半连接就是指在 TCP 的三次握手过程中,当服务器接收到来自客户端的第一个 SYN 包后,它会回复一个 SYN-ACK 包,此时连接处于“半开”状态,因为连接的建立还需要客户端发送最后一个 ACK 包。

在收到最后的 ACK 包之前,服务器会为这个尚未完成的连接分配一定的资源,并在它的队列中保留这个连接的位置。

如何解决? 其中一种解决方式是通过修改 Linux 内核参数,控制队列大小和当队列满时应做什么处理。

握手时未收到ACK

第二次握手客户端未收到服务端响应的 ACK 报文

  • 客户端会继续重传,直到次数限制;而服务端此时会阻塞在 accept()处,等待客户端发送 ACK 报文

第三次握手服务端为收到客户端发送过来的 ACK 报文

  • 服务端同样会采用类似客户端的超时重传机制,如果重试次数超过限制,则 accept()调用返回-1,服务端建立连接失败;而此时客户端认为自己已经建立连接成功,因此开始向服务端发送数据,但是服务端的 accept()系统调用已经返回,此时不在监听状态,因此服务端接收到客户端发送来的数据时会发送 RST 报文给客户端,消除客户端单方面建立连接的状态。

保活计时器有什么用?

除时间等待计时器外,TCP 还有一个保活计时器(keepalive timer)。

设想这样的场景:客户已主动与服务器建立了 TCP 连接。但后来客户端的主机突然发生故障。显然,服务器以后就不能再收到客户端发来的数据。因此,应当有措施使服务器不要再白白等待下去。这就需要使用保活计时器了。

服务器每收到一次客户端的数据,就重新设置保活计时器,时间的设置通常是两个小时。若两个小时都没有收到客户端的数据,服务端就发送一个探测报文段,以后则每隔 75 秒钟发送一次。若连续发送 10 个探测报文段后仍然无客户端的响应,服务端就认为客户端出了故障,接着就关闭这个连接。

说说 TCP 的重传机制?

超时重传机制是 TCP 的核心之一,它能确保在网络传输中如果某些数据包丢失或没有及时到达的话,TCP 能够重新发送这些数据包,以保证数据完整性。

其原理是在发送某个数据后开启一个计时器,如果在一定时间内没有得到发送数据报的 ACK 报文,就重新发送数据,直到发送成功为止。

重传包括超时重传、快速重传、带选择确认的重传(SACK)和重复 SACK 四种。

  • 发送数据后启动定时器,若超时未收到 ACK,则重发数据。

  • 发送方收到连续 3 个相同 ACK,则立即重传丢失的报文,无需等待 RTO 超时。

  • 接收方返回 SACK 选项,指出已经收到的非连续数据包范围,避免不必要的重传。发送方据此仅重传缺失的数据,而不是冗余重传多个数据包。

  • D-SACK,英文是 Duplicate SACK,是在 SACK 的基础上做了一些扩展,主要用来告诉发送方,有哪些数据包,自己重复接受了。

    DSACK 的目的是帮助发送方判断,是否发生了包失序、ACK 丢失、包重复或伪重传。让 TCP 可以更好的做网络流控。

你会如何设计 QQ 中的网络协议?

首先,我们要实现登录功能,这是使用 QQ 的第一步,为了保证账号和密码的安全性,我们可以选择 TCP + SSL/TLS 协议来进行登录。

因为 TCP 协议是一种可靠的传输协议,能够保证数据的完整性,而 SSL/TLS 能够对通信进行加密,保证数据的安全性。

接下来,我们需要考虑消息传递的实时性,如语音视频通话等,这时候我们可以选择 UDP 协议。UDP 的传输速度更快,对于实时性服务来说,速度是最重要的。

UDP 协议为什么不可靠?

UDP 在传输数据之前不需要先建立连接,远地主机的运输层在接收到 UDP 报文后,不需要确认,提供不可靠交付。总结就以下四点:

  • 不保证消息交付:不确认,不重传,无超时
  • 不保证交付顺序:不设置包序号,不重排,不会发生队首阻塞
  • 不跟踪连接状态:不必建立连接或重启状态机
  • 不进行拥塞控制:不内置客户端或网络反馈机制

其它需要的看的面试题

  • https://mp.weixin.qq.com/s/tH8RFmjrveOmgLvk9hmrkw

如何在 Linux 系统中查看 TCP 状态?

TCP 的连接状态查看,在 Linux 可以通过 netstat -napt 命令查看。

为什么客户端和服务端的初始序列号 ISN 是不相同的?

因为网络中的报文会延迟、会复制重发、也有可能丢失,这样会造成的不同连接之间产生互相影响,所以为了避免互相影响,客户端和服务端的初始序列号是随机且不同的。

初始序列号 ISN 是如何随机产生的?

起始 ISN 是基于时钟的,每 4 毫秒 + 1,转一圈要 4.55 个小时。

TIME_WAIT 过多有什么危害?

如果服务器有处于 TIME-WAIT 状态的 TCP,则说明是由服务器方主动发起的断开请求。

过多的 TIME-WAIT 状态主要的危害有两种:

  • 第一是内存资源占用;
  • 第二是对端口资源的占用,一个 TCP 连接至少消耗一个本地端口;如果服务端 TIME_WAIT 状态过多,占满了所有端口资源,则会导致无法创建新连接。

接收窗口和发送窗口的大小是相等的吗?

并不是完全相等,接收窗口的大小是约等于发送窗口的大小的。

因为滑动窗口并不是一成不变的。比如,当接收方的应用进程读取数据的速度非常快的话,这样的话接收窗口可以很快的就空缺出来。那么新的接收窗口大小,是通过 TCP 报文中的 Windows 字段来告诉发送方。那么这个传输过程是存在时延的,所以接收窗口和发送窗口是约等于的关系。

TCP 为每个连接设有一个持续定时器,只要 TCP 连接一方收到对方的零窗口通知,就启动持续计时器。

如果持续计时器超时,就会发送窗口探测 ( Window probe ) 报文,而对方在确认这个探测报文时,给出自己现在的接收窗口大小。

一台机器最多能撑多少个TCP连接?

需要分清楚是作为客户端还是服务端,情况不一样。

在四元组限制下。

客户端:

一个 TCP 连接是由 四元组(源IP,源端口,目标IP,目标端口) 唯一确定的。

只要四元组唯一,即使使用相同的本地端口号,也可以建立多个连接。

通常操作系统会自动为每个新连接分配不同的本地端口,以确保唯一性。

如果连同一个服务器,同一个端口,则单端口只能一个tcp。因为四元组唯一了。

注意单Linux可以配置多个ip,有几个ip,最大理论值就翻几倍

多张网卡不是必须的。即使只有一张网卡,也可以配置多ip。k8s就是这么干的,在k8s里,一台物理机上可以部署多个pod。但每一个pod都会被分配一个独立的ip,所以完全不用担心物理机上部署了过多的pod而影响你用的pod里的TCP连接数量。

  • 客户度每次建立一条连接都需要消耗一个端口。从数字上来看,似乎最多只能建立65535条连接。但实际上我们有两种办法破除65535这个限制
    • 方式一,为客户端配置多IP
    • 方式二,分别连接不同的服务端。比如不同ip 不同端口
    • 所以一台client发起百万条连接是没有任何问题的

**服务端: **

每一个监听的端口虽然理论值很大,但这个数字没有实际意义。最大并发数取决你的内存大小,每一条静止状态的TCP连接大约需要吃3 .3K的内存。

linux 下一切皆文件,包括 socket。所以每当进程打开一个 socket 时候,内核实际上都会创建包括 file 在内的几个内核对象。

如果还考虑cpu和内存,压测下来,大概5万多个链接。

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