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标题: TCP的安全和服从机制 [打印本页]
作者: 泉缘泉    时间: 2024-7-20 09:08
标题: TCP的安全和服从机制
目次
0.TCP协议格式
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一.确认应答(安全机制)
二.超时重传(安全机制)
1.SYN丢包
 2.ACK丢包
三.毗连管理(安全机制)
1.三次握手建立毗连
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2.四次挥手断开毗连
3.建立和断开毗连
四.滑动窗口(服从机制)
五.流量控制(服从机制)
六.拥塞控制(安全机制)
七.延长应答(服从机制)
八.捎带应答(服从机制)
九.面向字节流
1.粘包题目
2.具体的现象
 3.解决方案
1.在消息末端加上特殊的分隔符来标识消息的竣事
2.利用一个专门用来描述消息体长度的字段，来标识消息体的具体长度
十.TCP异常情况
1.步伐崩溃 
2.正常关机
3.主机掉电操纵
4.网线断开
十一.常晤面试题

0.TCP协议格式



 传输层协议
   TCP  对数据传输提供的管控机制，主要表如今两个方面：安全和服从。     这些机制和多线程的计划原则雷同：保证数据传输安全的条件下，尽可能的进步传输服从。   
一.确认应答(安全机制)

假如我们给一个人发送多条信息,由于网络的题目,可能会出现,乱序的题目.好比我们发送两条信息:1.你好.2.吃了吗? 由于网络题目,可能会出现接收方先接受到了"吃了吗?",后接受到了"你好.",这样的情况我们是不想出现的,因此确认应答机制可以很好的解决这种题目.
 
 如下图,为相识决这种题目,每次发送消息的时候,TCP数据中的字节进行了编号,好比主机B接受到了1-1000byte的数据,32位序列号中1-1000标记已经接受到了1000个字节,确认序列号返回1001,表现下次从第1001个字节进行发送.

 TCP将每个字节的数据都进行了编号。即为序列号。

   每一个  ACK  都带有对应简直认序列号，意思是告诉发送者，我已经收到了哪些数据；下一次你从哪里开始发。      每次发消息的时候
将SYN置为1
  每次接受消息确认的时候,将ACK置为1
  二.超时重传(安全机制)

1.SYN丢包

主机A发送数据(SYN)给主机B,可能由于网络拥挤等原因,消息无法到达主机B,因此主机B也不会给主机A发送确认应发ACK.假如主机A特定时间内没有接收到主机B发送来简直认应答ACK,就会将上次的数据进行重发

 2.ACK丢包

主机B接受到了主机A的数据,并且发送了确认应答ACK,但是由于网络拥堵等原因,ACK发送了丢包,主机A并没有主机B发送来的ACK应答.
这个时候也会触发超时重传机制.由于我们发送的消息主机B已经接受到了主机A发送的数据,只不过ACK应答丢包.主机B没有须要存储重复的数据,因此第二次发送消息的时候(超时重传),可以利用前面提到的序列号(前面一次发送序列号已经保存,第二次发送的时候已经存在这个序列号了),就可以很容易做到去重的效果,主机B只需要发送一个确认应答的ACK就可以了.

三.毗连管理(安全机制)

   在正常情况下,  TCP  要颠末三次握手建立毗连,四次挥手断开毗连   1.三次握手建立毗连

对于网络通讯来说,三次握手可以查抄双发的收发能力是否正常,例如高铁每天都会空跑一趟.
从下图可以看出,通过两次SYN和ACK的过程可以确保双方的收发能力都没有题目,在这个基础上就可以进行正常的数据发送和接收


由于接收方的ACK和SYN可以归并为一次通讯完成(都是在传输层进行发送,在背面的捎带机制也有解说),进步了服从,四次握手可以简化为三次握手
 

三次握手标记位发生的变革

2.四次挥手断开毗连

发送方发送断开毗连,被接收方接收和应答,接收方会做一些断开前的预备工作.
一样平常来说FIN是由应用步伐发起的,好比调用close()方法,所以是应用层面的,之后接收到发送方ACK应答,服务器就可以开释资源

为什么断开毗连四次挥手不能转变为三次?
第一个ACK是操纵体系(传输层)实现的TCP应答,第二个FIN是应用步伐层面的,这两个操纵是偶然间差的,大概率是不会集并在一起的.
3.建立和断开毗连


   服务端状态转化：   
   客户端状态转化：   
四.滑动窗口(服从机制)

   刚才我们讨论了确认应答策略,对每一个发送的数据段,都要给一个  ACK  确认应答.收到  ACK  后再发送下一个数据段.这样做有一个比较大的缺点,就是性能较差.尤其是数据来回的时间较长的时候.  

 因此,我们计划了滑动窗口,一次发送特定命目的数据,可以大大进步服从.下面的案例窗口的大小为4,即一次可以发送四条SYN请求,当主机A接收到主机B发送的ACK应答的时候,滑动窗口向下进行移动,此时可以发送下一条的数据(4001--5000).



那假如发生了丢包的题目,该如何解决呢?下面还是分两种情况进行思量.
 情况一：数据包已经抵达，ACK被丢了。
这种情况下,部门ACK丢包了不要紧,可以根据背面的ACK进行确定.
好比确定序列为1001的ACK丢包了,但是背面2001的ACK应答被主机A乐成接收了,我们可以根据这个应答确定前面的数据(1001)都已经接收了,因为假如没有接收到1--1000数据,序列号不会改变,就不会发送2001的ACK应答.
现实案例:别人问你学历,你说是初中,这阐明你已经上过小学了.

思量一下,假如最后一次ACK丢包,会发生什么情况?这个时候背面已经没有ACK应答了,因此这个时候我们只能触发超时重传完成最后一次的SYN和ACK应答.
 情况二：数据包就直接丢了。

这种机制被称为 "高速重发控制"（也叫 "快重传"）。 

五.流量控制(服从机制)

主要是确定滑动窗口的大小，通过发送方与接收方动态协商来确认
每个步伐在启动的时候都会去申请体系资源,发送和接收方缓冲区就是申请来的资源.

每次进行ACK应答的时候,ACK应答中将剩余空间的大小放在16位窗口大小,表现具体可以接收多少数据,通过接收方反制发送方对窗口大小的限定,发送方不能为了进步服从而无穷的扩展窗口的大小.

 假如接收方的处理能力比较低,可能会出现缓冲区装满的情况,这个时候窗口的大小变为0,这个时候发送方不能再发送数据给接收.

 解决窗口大小题目
   那么题目来了，  16  位数字最大表现  65535  ，那么  TCP  窗口最大就是  65535  字节么？     现实上，  TCP  首部  40  字节选项中还包含了一个窗口扩大因子  M  ，现实窗口大小是窗口字段的值左移   M  位；  六.拥塞控制(安全机制)

虽然TCP有了滑动窗口这个大杀器，可以或许高效可靠的发送大量的数据。但是假如在刚开始阶段就发送大量的数据，仍旧可能引发题目。
因为网络上有许多的计算机，可能当前的网络状态就已经比较拥堵。在不清楚当前网络状态下，贸然发送大量的数据，是很有可能引起雪上加霜的。
TCP引入 慢启动 机制，先发少量的数据，探探路，摸清当前的网络拥堵状态，再决定按照多大的速度传输数据；



具体窗口的大小以以下两个因素决定:①接收方缓存区的大小 ②拥塞控制中根据网络的状态确定下来的窗口大小       我们一样平常取两者的较小值作为现实窗口的大小
少量的丢包，我们仅仅是触发超时重传；大量的丢包，我们就认为网络拥塞；
当TCP通讯开始后，网络吞吐量会逐渐上升；随着网络发生拥堵，吞吐量会立即降落；
拥塞控制，归根结底是TCP协议想尽可能快的把数据传输给对方，但是又要避免给网络造成太大压力的折中方案。
七.延长应答(服从机制)

假如接收数据的主机立即返回ACK应答，这时候返回的窗口可能比较小


可以选择以下两种情况来进行延长应答:

好比我们可以每两次请求,应答一次,好比第2,4,6应答.假如是偶数次请求,可以完成应答,假如是奇数次应答,那么最后一次就接纳时间限定,凌驾一个体系默认的时间就应答.
八.捎带应答(服从机制)

由于延长应答的存在，可能存在SYN报文和ACK报文同时发送的情况那么体系就会把两个报文合二为一(这就是三次握手建立毗连可以把第一次ACK和第二次SYN归并在一起的原因)

九.面向字节流

1.粘包题目

在面向字节流中会出现的一个题目就是粘包题目
2.具体的现象

当发送方将数据发送给接受方的时候,发送的数据是以二进制(Java中的byte数组)进行传输的.接收方接受到之后,会存储到接收方的缓冲区中,发送方将多条数据发送给接收方,这多条数据一起存储到缓冲区中,此时假如我们不采取任何方式,多条数据存储到一块,这种不能有用区分消息边界的现象叫做粘包

 3.解决方案

如何解决粘包题目其实就是如何区分这些消息的边界.
1.在消息末端加上特殊的分隔符来标识消息的竣事

好比我们在每条消息的末端加上\n来作为一条消息的竣事.
你好啊，一会去吃暖锅吧!!!\nHow are you.\n不复书息你是个猪吗?\n
在获取消息的时候我们可以利用特殊字符截取缓冲区的内容
2.利用一个专门用来描述消息体长度的字段，来标识消息体的具体长度


1.读取消息的时候,先把4byte的表现消息体长度的字段读取出来,好比第一个长度为:42
2.继承在缓冲区读取42个字节,这42个字节表现消息的内容
3.在读取4个byte的下一个消息的长度,重复上面操纵.
举例:
JSON，用大括号来包裹消息，那么就可以理解为他是利用大括号做为特殊字符来表现消息结尾的HTTP，应用层的协议，既利用分隔符也利用了表现消息长度的字段解决粘包题目
十.TCP异常情况

1.步伐崩溃 

操纵体系是会感知到的，可以做相应的处理
操纵体系会回收进程的资源,其中开释包括文件描述符表,就想当于调用了对应socket的close之后触发FIN操纵,进而开始进入四次挥手,和普通的四次挥手没有区别.
2.正常关机

通过开始菜单或实验关机命令，体系会强制结所有进程，回收资源，与步伐崩溃实验的流程雷同
3.主机掉电操纵

体系不会做出任何反应


4.网线断开

与主机掉电的情况相同，只不过是主机都是正常工作的

十一.常晤面试题

1.简述下三次握手,四次挥手的流程
上面已经解说了,可以自行去看
2.为什么需要三次握手,两次不行吗?
上面已经解说了,可以自行去看
3. UDP本身是无毗连，不可靠，面向数据报的协议，假如要基于传输层UDP协议，来实现一个可靠传输,应该怎样计划?
4.UDP大小是受限的，假如要基于传输层UDP协议，传输凌驾64K的数据，应该如何计划？
题目三和题目四都可以基于TCP安全和服从机制进行回答,好比:
引入序列号，保证数据顺序；
引入确认应答，确保对端收到了数据；
引入超时重传，假如隔一段时间没有应答，就重发数据；
5.TCP和UDP的对比和区别.
TCP用于可靠传输的情况，应用于文件传输，紧张状态更新等场景；
UDP用于对高速传输和实时性要求较高的通讯范畴，例如，早期的QQ，视频传输等。                 别的UDP可以用于广播；

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