【计算机网络八股】【欧弟求职】TCP相关

TCP

必须能讲清：

• 三次握手 / 四次挥手（状态流转）
• 拥塞控制：
  • slow start
  • congestion avoidance
  • fast retransmit / fast recovery
• 滑动窗口
• 重传机制（RTO / dup ack）
• TIME_WAIT 为什么存在
• 高并发下 TIME_WAIT 堆积怎么处理

👉 面试常问：

• “你如果自己实现 TCP，状态机怎么设计？”
• “丢包怎么处理？”

三次握手/四次挥手

三次握手

tcp是全双工的，两端都会发送和接收数据

三次握手的本质是：双方建立连接前，确认彼此“收发能力 + 初始序列号（ISN）”都正常。

SYN 会占用一个序号

四次挥手

为什么是“四次”？

👉 因为 TCP 是全双工：

• Client 关闭发送 → FIN
• Server 可能还有数据要发 → 先 ACK
• Server 再关闭 → FIN

为什么 ACK 和 FIN 不能合并？

👉 因为：

• ACK 表示“我收到了你的关闭请求”
• FIN 表示“我也要关闭”

👉 两个语义独立（除非刚好一起发生）

TCP 状态机

1️⃣ 为什么会有 CLOSE_WAIT？

👉 因为：

• 对方说“我不发了”（FIN）
• 但你可能还没发完数据

所以：

先 ACK → 进入 CLOSE_WAIT 等你处理完 → 再发 FIN

2️⃣ 为什么 TIME_WAIT 只在主动关闭方？

👉 因为：

• 最后一个 ACK 是你发的
• 必须保证对方收到

3️⃣ TIME_WAIT = 2MSL 的意义

👉 两个目的：

1. 防止对方没收到 ACK → 重传 FIN
2. 让旧连接报文在网络中消失

tcp 拥塞控制

TCP 拥塞控制的目标是：避免网络过载（congestion），在不引发拥塞的前提下尽可能提高吞吐量。

👉 核心变量：

cwnd（拥塞窗口）

发送窗口：

send_window = min(cwnd, rwnd)

• cwnd：网络能力（拥塞控制）
• rwnd：接收方能力（流量控制）

TCP 拥塞控制 = 四个机制：

1. 慢启动（Slow Start）
2. 拥塞避免（Congestion Avoidance）
3. 快重传（Fast Retransmit）
4. 快恢复（Fast Recovery）

慢启动

👉 不是“慢”，而是指数增长

规则：

cwnd = 2ⁿ

• 每收到一个 ACK → cwnd +1 MSS
• 一个 RTT → cwnd 翻倍

示例：

1 → 2 → 4 → 8 → 16 ...

什么时候结束？

👉 达到：

ssthresh（慢启动阈值）

拥塞避免（Congestion Avoidance）

👉 从“指数增长”变为“线性增长”

规则：

cwnd=cwnd+1cwnd cwnd = cwnd + \frac{1}{cwnd}cwnd=cwnd+cwnd1​

👉 本质：

• 每个 RTT 增加 1 MSS

示例：

16 → 17 → 18 → 19 ...

发生丢包（关键分叉）

TCP 通过“丢包”判断网络拥塞

情况1：超时（RTO）

👉 最严重拥塞

处理：

ssthresh = cwnd / 2 cwnd = 1 → 重新慢启动

情况2：收到 3 个重复 ACK

👉 轻度拥塞

触发：

• Fast Retransmit
• Fast Recovery

快重传（Fast Retransmit）

👉 不等超时，直接重传

条件：

3 duplicate ACK

说明：

👉 后续包到了，但某个包丢了

快恢复（Fast Recovery）

👉 不回到 1，而是“半降”

规则：

ssthresh = cwnd / 2 cwnd = ssthresh

👉 然后进入：

拥塞避免

CUBIC 算法

https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc8312

CUBIC 拥塞窗口增长公式
cwnd(t)=C⋅(t−K)3+Wmax \text{cwnd}(t) = C \cdot (t - K)^3 + W_{\text{max}}cwnd(t)=C⋅(t−K)3+Wmax​