TCP（传输控制协议）通过多种机制确保数据的可靠传输，以下是其核心机制及工作原理：

1. 三次握手建立连接

• 目的：确保双方通信能力正常，同步初始序列号（ISN）。
• 过程：
  1. 客户端发送SYN（同步序列号）报文。
  2. 服务端回复SYN-ACK（确认+同步）。
  3. 客户端发送ACK确认。
• 作用：避免历史重复连接导致的资源浪费，为后续数据传输奠定基础。

2. 数据分块与序列号

• 分块（Segmentation）：将数据分割为适合传输的MSS（最大报文段大小）。
• 序列号（Sequence Number）：每个字节分配唯一序列号，标识数据顺序。
• 作用：接收方按序列号重组数据，解决乱序或重复问题。

3. 确认应答（ACK）与超时重传

• ACK机制：接收方收到数据后，发送ACK确认（值为期望收到的下一个序列号）。
  • 示例：发送序列号1-1000的数据，接收方回复ACK 1001。
• 超时重传：
  • 发送方未收到ACK时，启动重传计时器（RTO动态调整）。
  • 超时后重发数据，多次失败则断开连接。

4. 滑动窗口与流量控制

• 滑动窗口：发送方维护一个窗口，允许连续发送多个报文段（无需逐个等待ACK）。
  • 窗口大小：由接收方通过TCP头部的窗口字段动态通知（流量控制）。
• 流量控制：防止接收方缓冲区溢出。若缓冲区满，窗口大小设为0，发送方暂停发送（通过零窗口探测保持同步）。

5. 拥塞控制

• 目的：避免网络过载，动态调整发送速率。
• 核心算法：
  • 慢启动：窗口从1开始指数增长，直到阈值（ssthresh）。
  • 拥塞避免：窗口线性增长，避免激进发送。
  • 快重传：收到3个重复ACK时立即重传（无需等待超时）。
  • 快恢复：重传后窗口降为阈值，进入拥塞避免阶段。

6. 四次挥手释放连接

• 过程：
  1. 主动方发送FIN。
  2. 被动方回复ACK（半关闭状态）。
  3. 被动方发送FIN。
  4. 主动方回复ACK，进入TIME_WAIT状态（等待2MSL确保最后一个ACK到达）。
• 作用：确保双方资源释放，处理延迟报文。

7. 其他辅助机制

• 校验和：通过CRC校验检测数据损坏，丢弃错误报文（触发重传）。
• 选择性确认（SACK）：允许接收方告知缺失的数据块，减少不必要的重传。

总结

TCP通过连接管理、序列号、确认重传、滑动窗口、拥塞控制等机制，在不可靠的IP层上实现了：

403: Forbidden

一、OSI，TCP/IP，五层协议的体系结构，以及各层协议

OSI分层 （7层）：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
TCP/IP分层（4层）：网络接口层、 网际层、运输层、 应用层。
五层协议 （5层）：物理层、数据链路层、网络层、运输层、 应用层。

TCP三次握手

• 第一次握手🤝： 客户端向服务器发出连接请求报文，这时报文首部中的同部位SYN=1，同时随机生成初始序列号 seq=x，此时，客户端进程进入了 SYN-SENT状态，等待服务器的确认。
• 第二次握手🤝： 服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己随机初始化一个序列号 seq=y，此时，服务器进程进入了SYN-RCVD状态，询问客户端是否做好准备。
• 第三次握手🤝： 客户端进程收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，此时，连接建立，客户端进入ESTABLISHED状态，服务器端也进入ESTABLISHED状态。

为什需要三次，两次不行吗？

假如现在客户端想向服务端进行握手，它发送了第一个连接的请求报文，但是由于网络信号差或者服务器负载过多，这个请求没有立即到达服务端，而是在某个网络节点中长时间的滞留了，以至于滞留到客户端连接释放以后的某个时间点才到达服务端，那么这就是一个失效的报文，但是服务端接收到这个失效的请求报文后，就误认为客户端又发了一次连接请求，服务端就会想向客户端发出确认的报文，表示同意建立连接。 假如不采用三次握手，那么只要服务端发出确认，表示新的建立就连接了。但是现在客户端并没有发出建立连接的请求，其实这个请求是失效的请求，一切都是服务端在自相情愿，因此客户端是不会理睬服务端的确认信息，也不会向服务端发送确认的请求，但是服务器却认为新的连接已经建立起来了，并一直等待客户端发来数据，这样的情况下，服务端的很多资源就没白白浪费掉了。 采用三次握手的办法就是为了防止上述这种情况的发生，比如就在刚才的情况下，客户端不会向服务端发出确认的请求，服务端会因为收不到确认的报文，就知道客户端并没有要建立连接，那么服务端也就不会去建立连接，这就是三次握手的作用

TCP断联四次挥手

• 第一次挥手👋： 客户端进程发出连接释放FIN报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=x,此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。
• 第二次挥手👋： 服务端进程收到连接释放FIN报文，发出确认ACK报文，ACK=1，ack=x+1，并且带上自己的序列号seq=y，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。此时，服务端通知高层的应用进程，客户端向服务端的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务端若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。客户端收到服务端的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文，在这之前依然可以接收服务端发送过来的最后的数据。
• 第三次挥手👋： 服务端将最后的数据发送给客户端完成后，就向客户端发送连接释放FIN报文，FIN=1，ack=x+1，此时的序列号为seq=z，此时，服务端就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
• 第四次挥手👋： 客户端接收到服务端的连接释放FIN报文后，必须发出确认报文，ACK=1，ack=z+1，而自己的序列号是seq=x+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。此时服务端收到客户端发送过来的确认报文，就立即撤销自己的传输控制块TCB,进入CLOSED状态，注意此时的TCP连接还没有释放，必须经过2MSL（最长报文段寿命）的时间后，客户端没有收到服务端发来的任何数据，证明服务端已正常关闭，此时客户端会撤销相应传输控制块TCB后，进入CLOSED状态。至此，TCP的连接才真正的断开了。（服务端结束TCP连接的时间要比客户端稍微早一些）

为什么TIME_WAIT状态还需要等2*MSL（Max SegmentLifetime，最大分段生存期）秒之后才能返回到CLOSED状态呢？

因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN_SENT状态到ESTABLISH状态那样），但是我们必须假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文一定会被对方收到，就是说对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。

什么是二层与三层交换机？

通常情况下，OSI模型分为七层：应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层和物理层。

二层交换机工作于OSI模型的二层(数据链路层)，故而称为二层交换机，主要功能包括物理编址、错误校验、帧序列以及流控。 而三层交换机位于三层（网络层），是一个具有三层交换功能的设备，即带有三层路由功能的二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单地把路由器设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上。

免费(Free ARP)的作用是什么

解决方案 A：主机主动使用自己的IP地址作为目标地址发送ARP请求，此种方式称免费ARP。免费ARP有两个方面的作用：

1. 用于检查重复的IP地址 正常情况下应当不能收到ARP回应，如果收到，则表明本网络中存在与自身IP地址重复的地址。

2.用于通告一个新的MAC地址 发送方换了块网卡，MAC地址变了，为了能够在ARP表项老化前就通告所有主机，发送方可以发送一个免费ARP。