引言

在之前的內容中，我們已經詳細講解了TCP面試中最常見的問題，如三次握手和四次揮手等。而今天，我們將繼續深入探討TCP協定的其他方面，比如序列號和TCP Fast Open（TFO）等重要細節問題。這些內容將為你在面試中提供更全面的知識儲備。

為什麼 SYN/FIN 不包含資料卻要消耗⼀個序列號？

SYN/FIN 是 TCP 協定中的標誌位，用於建立和關閉連線。它們不包含資料，但需要消耗一個序列號的原因是為了保持 TCP 連線的可靠性。

在 TCP 連線建立時，使用者端傳送 SYN 包給伺服器端，伺服器端接收到後傳送 SYN+ACK 包給使用者端，最後使用者端傳送 ACK 包確認連線建立。這個過程中，每個包都需要有一個序列號來標識資料的順序和確認接收。

類似地，在 TCP 連線關閉時，FIN 包被用來表示一端希望關閉連線。傳送 FIN 包的一端會等待對方傳送 ACK 包來確認關閉，然後再傳送 ACK 包進行最終確認。同樣，這個過程中的每個包都需要有一個序列號。

通過使用序列號，TCP 協定可以保證資料的可靠傳輸，確保資料按照正確的順序到達目標。因此，即使 SYN/FIN 包本身不攜帶資料，它們仍然需要消耗一個序列號來維護連線的可靠性。

如果在建立或關閉TCP連線時不傳送序列號，將會導致連線的可靠性和資料的順序無法保證。

在建立連線時，傳送方的SYN包沒有序列號，接收方無法準確地判斷封包的順序。這可能導致接收方無法正確地響應SYN+ACK包，從而導致連線無法建立。

在關閉連線時，如果不傳送序列號，接收方無法準確地確認關閉請求，並且無法確定關閉順序。這可能導致連線無法成功關閉，或者導致資料丟失或混亂。

什麼是半連線佇列？什麼是SYN Flood攻擊？

半連線佇列（Half-open connection queue）是指TCP伺服器在處理連線請求時，當收到使用者端傳送的SYN包（同步包）時，會將該連線請求新增到半連線佇列中。半連線佇列中儲存了已收到SYN包但還未完成三次握手的連線請求。

SYN Flood攻擊是一種網路攻擊方式，它利用TCP協定的漏洞，大量地向目標伺服器傳送偽造的SYN包，使伺服器的半連線佇列被耗盡。當伺服器的半連線佇列被耗盡後，正常的連線請求無法得到處理，導致服務不可用。

在SYN Flood攻擊中，攻擊者傳送大量的偽造源IP地址的SYN包給目標伺服器，但攻擊者並不真正完成三次握手建立連線，而是讓伺服器一直等待，從而消耗伺服器的資源。由於伺服器需要為每個未完成的連線請求分配一些資源，當半連線佇列被耗盡時，伺服器將無法處理正常的連線請求，導致服務崩潰或變得不可用。

為了防止SYN Flood攻擊，伺服器可以採取一些防禦措施，例如使用防火牆過濾掉偽造源IP的SYN包、增加半連線佇列的大小、限制每個IP地址的連線請求數量等。這些措施可以幫助伺服器抵禦SYN Flood攻擊並保持正常的服務執行。

說說TCP快速開啟(TFO)的原理

在TCP快速開啟（TFO）中，伺服器端在收到使用者端的初始連線請求（SYN包）時，會生成一個cookie，並將該cookie攜帶在返回給使用者端的SYN-ACK包中。使用者端收到SYN-ACK包後，會將伺服器返回的cookie快取在本地。

以下是第一次請求獲取cookie值的全過程圖：

在後續的連線請求中，使用者端可以利用快取的cookie直接傳送給伺服器，從而減少握手次數。以下是使用快取的cookie值開始快速傳輸資料的流程圖範例：

TCP Fast Open的優勢

快速開啟（TFO）在TCP協定中的一個最顯著的優點是可以利用握手去除一個往返 RTT。當伺服器收到帶有TFO cookie的連線請求時，可以直接使用該cookie進行驗證，而無需進行完整的三次握手過程。這樣可以極大地減少了連線建立的時間，提高了網路效能和響應速度。

此外，TFO還可以有效地防止SYN-Flood攻擊等惡意行為。通過使用TFO技術，伺服器可以在接收到帶有TFO cookie的連線請求時，直接驗證cookie，並將請求放入半連線佇列，而不會消耗伺服器資源進行完整的三次握手。這樣可以有效地減輕伺服器的負載，並且只有合法的連線請求才能通過驗證，從而防止了SYN-Flood攻擊等惡意攻擊。

TCP報文中的時間戳有什麼作用？

TCP Timestamps Option是由四個主要部分構成的。這四個部分分別是類別（kind）、長度（Length）、傳送方時間戳（TS value）和回顯時間戳（TS Echo Reply）。其中，傳送方時間戳和回顯時間戳被認為是該選項中最重要的兩個欄位。

TCP 的時間戳主要解決兩大問題

計算往返時延 RTT(Round-Trip Time)

在啟用Timestamps選項之後，由於ACK包中包含了TSval和TSecr，因此無論是正常的確認包還是重傳的確認包，都可以通過這兩個值來計算出往返時間（RTT）。這樣一來，我們可以更準確地估算網路的延遲情況。

防止序列號的迴繞問題

TCP的序列號使用32位元來表示，因此在傳輸了2^{32位元組的資料之後，序列號會發生溢位並重新開始計數。為了解決這個問題，TCP引入了視窗縮放選項，可以將視窗大小最大擴充套件到1GB（2}30），這樣在高速網路中，序列號可以在很短的時間內被重複使用，從而更好地支援高速資料傳輸。

假設我們傳送了6個封包，每個封包的大小為1GB。在這個過程中，由於序列號的迴繞，第5個包的序列號與前面要傳送的包序列號完全相同。同時，第2個包由於某些原因延遲導致需要進行重傳，直到時間t7才到達。如果沒有一些措施進行區分，這個阻塞封包會導致資料的紊亂。

然而，由於存在Timestamps，我們可以通過TSval和TSecr來區分阻塞封包與第6個包。通過比較這兩個值，我們可以確定封包的先後順序，從而避免資料的混亂。因此，Timestamps的存在對於解決這種情況非常重要。

總結

通過本文的討論，我們對TCP協定的一些重要細節有了更深入的瞭解。首先，我們瞭解到為什麼SYN/FIN包需要消耗一個序列號，這是為了保證TCP連線的可靠性和資料的順序。其次，我們探討了半連線佇列和SYN Flood攻擊，瞭解了它們在TCP連線建立和安全性方面的作用。然後，我們學習了TCP快速開啟（TFO）的原理和優勢，它可以減少連線建立時間，並有效防止惡意攻擊。最後，我們瞭解了TCP報文中的時間戳的作用，它可以幫助計算往返時延和解決序列號迴繞問題。通過對這些細節的瞭解，我們可以更好地理解和應用TCP協定，提高網路效能和安全性。

以上只是一篇關於TCP協定的面試文章的一小部分內容。後續將會提供更多有針對性的面試題，以深入探討TCP協定的相關細節。