嵌入式大厂面经 11（持续更新中！）

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1. TCP和UDP的区别

TCP(传输控制协议)和UDP(用户数据报协议)是传输层的两种主要协议，它们在以下几个方面有显著区别：

连接性

• TCP：面向连接的协议，通信前需要通过三次握手建立连接，通信结束后需要四次挥手释放连接。
• UDP：无连接协议，不需要建立连接就可以直接发送数据，也不需要维护连接状态。

可靠性

• TCP：提供可靠传输，通过序列号、确认应答、超时重传等机制确保数据完整无误地到达目的地。
• UDP：不保证可靠传输，数据包可能丢失、重复或乱序，应用层需要自行处理这些问题。

数据传输

• TCP：面向字节流，将应用层数据视为一连串无结构的字节流，TCP会将这些数据分段传输。
• UDP：面向报文，以报文为单位进行传输，保留应用层数据的边界。

传输效率

• TCP：由于需要建立连接、保证可靠性，传输效率相对较低，有较大的协议开销。
• UDP：没有连接管理、可靠性保证的开销，传输效率高，延迟低。

应用场景

• TCP：适用于对可靠性要求高的应用，如网页浏览、文件传输、电子邮件等。
• UDP：适用于实时性要求高、允许少量数据丢失的应用，如视频会议、在线游戏、流媒体等。

头部开销

• TCP：头部至少20字节，最多60字节（含选项）。
• UDP：头部固定8字节，开销小。

2. TCP的三次握手和四次挥手

三次握手（建立连接）

1. 第一次握手：客户端发送SYN包(SYN=1, seq=x)给服务器，进入SYN_SENT状态。
2. 第二次握手：服务器收到SYN包，回复SYN+ACK包(SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1)，进入SYN_RCVD状态。
3. 第三次握手：客户端收到SYN+ACK包，回复ACK包(ACK=1, seq=x+1, ack=y+1)，双方进入ESTABLISHED状态，连接建立成功。

为什么需要三次握手？

• 防止历史连接请求突然到达服务器，导致错误连接。
• 同步双方的初始序列号，确保可靠传输的基础。
• 确认双方的收发能力都正常。

四次挥手（释放连接）

1. 第一次挥手：客户端发送FIN包(FIN=1, seq=u)，表示不再发送数据，进入FIN_WAIT_1状态。
2. 第二次挥手：服务器收到FIN包，回复ACK包(ACK=1, ack=u+1)，表示已收到关闭请求，进入CLOSE_WAIT状态，客户端收到后进入FIN_WAIT_2状态。
3. 第三次挥手：服务器处理完剩余数据后，发送FIN包(FIN=1, seq=v)，表示服务器也准备关闭连接，进入LAST_ACK状态。
4. 第四次挥手：客户端收到FIN包，回复ACK包(ACK=1, ack=v+1)，进入TIME_WAIT状态，等待2MSL(最大报文生存时间)后关闭连接。

为什么需要四次挥手？

• TCP是全双工通信，每个方向的连接需要单独关闭。
• 服务器收到客户端的FIN后，可能还有数据需要发送，所以先回复ACK，等数据发送完毕后再发FIN。
• TIME_WAIT状态是为了确保最后一个ACK能够到达服务器，防止新连接收到旧连接的数据包。

3. 解决TCP丢包问题

尽管TCP设计为可靠传输协议，但在网络环境不佳时仍可能出现丢包问题。以下是解决TCP丢包的主要方法：

1. 调整TCP参数

• 重传超时时间(RTO)：根据网络RTT动态调整，避免过早或过晚重传。
• 拥塞窗口(cwnd)：控制发送速率，避免网络拥塞导致的丢包。
• 接收窗口(rwnd)：合理设置接收缓冲区大小，避免接收方缓冲区溢出。
• 禁用Nagle算法：减少小数据包的延迟，提高实时性。

2. 应用层确认机制

• 在应用层实现额外的确认机制，对关键数据进行确认。
• 设计合理的超时重传策略，根据业务需求调整重传间隔和次数。
• 使用序列号标识数据包，便于检测丢包和重传。

3. 断点续传机制

• 记录已传输数据的位置，在连接中断后能够从断点处继续传输。
• 对大文件传输特别有效，避免从头开始重传整个文件。
• 实现文件分块传输，每块单独确认，只重传丢失的块。

4. 网络状况监测与自适应

• 实时监测网络RTT和丢包率，评估网络质量。
• 根据网络状况动态调整传输策略，如发送速率、数据包大小等。
• 在网络拥塞时主动降低发送速率，避免雪崩效应。

5. 连接保活与自动重连

• 使用TCP keepalive机制或应用层心跳包检测连接状态。
• 在连接断开时实现自动重连机制，减少人工干预。
• 设计会话恢复机制，确保重连后能够继续之前的业务处理。

通过综合应用这些方法，可以有效提高TCP通信在不稳定网络环境下的可靠性和效率，特别适用于工业控制、物联网等对通信质量有较高要求的场景。