79、TCP四大拥塞控制算法总结？（极其重要）

四大算法

拥塞控制主要是四个算法：1）慢启动，2）拥塞避免，3）拥塞发生，4）快速恢复。这四个算法不是一天都搞出来的，这个四算法的发展经历了很多时间，到今天都还在优化中。

慢热启动算法 – Slow Start

所谓慢启动，也就是TCP连接刚建立，一点一点地提速，试探一下网络的承受能力，以免直接扰乱了网络通道的秩序。

慢启动算法：

连接建好的开始先初始化拥塞窗口cwnd大小为1，表明可以传一个MSS大小的数据。每当收到一个ACK，cwnd大小加一，呈线性上升。每当过了一个往返延迟时间RTT（Round－Trip Time），cwnd大小直接翻倍，乘以2，呈指数让升。还有一个ssthresh（slow start threshold），是一个上限，当cwnd ＞＝ ssthresh时，就会进入“拥塞避免算法”（后面会说这个算法）拥塞避免算法 – Congestion Avoidance

如同前边说的，当拥塞窗口大小cwnd大于等于慢启动阈值ssthresh后，就进入拥塞避免算法。算法如下：

收到一个ACK，则cwnd ＝ cwnd ＋ 1 ／ cwnd每当过了一个往返延迟时间RTT，cwnd大小加一。

过了慢启动阈值后，拥塞避免算法可以避免窗口增长过快导致窗口拥塞，而是缓慢的增加调整到网络的最佳值。

拥塞发生状态时的算法

一般来说，TCP拥塞控制默认认为网络丢包是由于网络拥塞导致的，所以一般的TCP拥塞控制算法以丢包为网络进入拥塞状态的信号。对于丢包有两种判定方式，一种是超时重传RTO［Retransmission Timeout］超时，另一个是收到三个重复确认ACK。

超时重传是TCP协议保证数据可靠性的一个重要机制，其原理是在发送一个数据以后就开启一个计时器，在一定时间内如果没有得到发送数据报的ACK报文，那么就重新发送数据，直到发送成功为止。

但是如果发送端接收到3个以上的重复ACK，TCP就意识到数据发生丢失，需要重传。这个机制不需要等到重传定时器超时，所以叫做快速重传，而快速重传后没有使用慢启动算法，而是拥塞避免算法，所以这又叫做快速恢复算法。

超时重传RTO［Retransmission Timeout］超时，TCP会重传数据包。TCP认为这种情况比较糟糕，反应也比较强烈：

由于发生丢包，将慢启动阈值ssthresh设置为当前cwnd的一半，即ssthresh ＝ cwnd ／ 2．cwnd重置为1进入慢启动过程

最为早期的TCP Tahoe算法就只使用上述处理办法，但是由于一丢包就一切重来，导致cwnd又重置为1，十分不利于网络数据的稳定传递。

所以，TCP Reno算法进行了优化。当收到三个重复确认ACK时，TCP开启快速重传Fast Retransmit算法，而不用等到RTO超时再进行重传：

cwnd大小缩小为当前的一半ssthresh设置为缩小后的cwnd大小然后进入快速恢复算法Fast Recovery。

快速恢复算法 – Fast Recovery

TCP Tahoe是早期的算法，所以没有快速恢复算法，而Reno算法有。在进入快速恢复之前，cwnd和ssthresh已经被更改为原有cwnd的一半。快速恢复算法的逻辑如下：

cwnd ＝ cwnd ＋ 3 MSS，加3 MSS的原因是因为收到3个重复的ACK。

重传DACKs指定的数据包。

如果再收到DACKs，那么cwnd大小增加一。

如果收到新的ACK，表明重传的包成功了，那么退出快速恢复算法。将cwnd设置为ssthresh，然后进入拥塞避免算法。

如图所示，第五个包发生了丢失，所以导致接收方接收到三次重复ACK，也就是ACK5。所以将ssthresh设置当当时cwnd的一半，也就是6／2 ＝ 3，cwnd设置为3 ＋ 3 ＝ 6。然后重传第五个包。当收到新的ACK时，也就是ACK11，则退出快速恢复阶段，将cwnd重新设置为当前的ssthresh，也就是3，然后进入拥塞避免算法阶段。

80、为何快速重传是选择3次ACK？

主要的考虑还是要区分包的丢失是由于链路故障还是乱序等其他因素引发。

两次duplicated ACK时很可能是乱序造成的！三次duplicated ACK时很可能是丢包造成的！四次duplicated ACK更更更可能是丢包造成的，但是这样的响应策略太慢。丢包肯定会造成三次duplicated ACK！综上是选择收到三个重复确认时窗口减半效果最好，这是实践经验。

在没有fast retransmit ／ recovery 算法之前，重传依靠发送方的retransmit timeout，就是在timeout内如果没有接收到对方的ACK，默认包丢了，发送方就重传，包的丢失原因

1）包checksum 出错

2）网络拥塞

3）网络断，包括路由重收敛，但是发送方无法判断是哪一种情况，于是采用最笨的办法，就是将自己的发送速率减半，即CWND 减为1／2，这样的方法对2是有效的，可以缓解网络拥塞，3则无所谓，反正网络断了，无论发快发慢都会被丢；但对于1来说，丢包是因为偶尔的出错引起，一丢包就对半减速不合理。

于是有了fast retransmit 算法，基于在反向还可以接收到ACK，可以认为网络并没有断，否则也接收不到ACK，如果在timeout 时间内没有接收到＞ 2 的duplicated ACK，则概率大事件为乱序，乱序无需重传，接收方会进行排序工作；

而如果接收到三个或三个以上的duplicated ACK，则大概率是丢包，可以逻辑推理，发送方可以接收ACK，则网络是通的，可能是1、2造成的，先不降速，重传一次，如果接收到正确的ACK，则一切OK，流速依然（包出错被丢）。

而如果依然接收到duplicated ACK，则认为是网络拥塞造成的，此时降速则比较合理。

81、对于FIN＿WAIT＿2，CLOSE＿WAIT状态和TIME＿WAIT状态？你知道多少？

FIN＿WAIT＿2：

半关闭状态。

发送断开请求一方还有接收数据能力，但已经没有发送数据能力。

CLOSE＿WAIT状态：

被动关闭连接一方接收到FIN包会立即回应ACK包表示已接收到断开请求。

被动关闭连接一方如果还有剩余数据要发送就会进入CLOSED＿WAIT状态。

TIME＿WAIT状态：

又叫2MSL等待状态。

如果客户端直接进入CLOSED状态，如果服务端没有接收到最后一次ACK包会在超时之后重新再发FIN包，此时因为客户端已经CLOSED，所以服务端就不会收到ACK而是收到RST。所以TIME＿WAIT状态目的是防止最后一次握手数据没有到达对方而触发重传FIN准备的。

在2MSL时间内，同一个socket不能再被使用，否则有可能会和旧连接数据混淆（如果新连接和旧连接的socket相同的话）。

82、你了解流量控制原理吗？

目的是接收方通过TCP头窗口字段告知发送方本方可接收的最大数据量，用以解决发送速率过快导致接收方不能接收的问题。所以流量控制是点对点控制。

TCP是双工协议，双方可以同时通信，所以发送方接收方各自维护一个发送窗和接收窗。

发送窗：用来限制发送方可以发送的数据大小，其中发送窗口的大小由接收端返回的TCP报文段中窗口字段来控制，接收方通过此字段告知发送方自己的缓冲（受系统、硬件等限制）大小。

接收窗：用来标记可以接收的数据大小。

TCP是流数据，发送出去的数据流可以被分为以下四部分：已发送且被确认部分 ｜ 已发送未被确认部分 ｜ 未发送但可发送部分 ｜ 不可发送部分，其中发送窗 ＝ 已发送未确认部分 ＋ 未发但可发送部分。接收到的数据流可分为：已接收 ｜ 未接收但准备接收 ｜ 未接收不准备接收。接收窗 ＝ 未接收但准备接收部分。

发送窗内数据只有当接收到接收端某段发送数据的ACK响应时才移动发送窗，左边缘紧贴刚被确认的数据。接收窗也只有接收到数据且最左侧连续时才移动接收窗口。

83、建立TCP服务器的各个系统调用过程是怎样的？