问题:TCP连接的四次挥手

四次挥手

先明确几个关键字:

同步 SYN :synchronous。建立连接,将 SYN = 1。
序号 seq :sequence。第一个字节的编号随机产生。
确认位 ACK: acknowledgement 。
ack :表示确认字段的值。
结束 FIN : finish。FIN = 1 表示希望断开连接。
重置RST:重置。

四次挥手

  • 第一次挥手:
    客户端向服务器端发送一段TCP报文,其中:标记位为FIN,序号为Seq=u;随后客户端进入FIN-WAIT-1阶段,即半关闭阶段。并且停止在客户端到服务器端方向上发送数据,但是客户端仍然能接收从服务器端传输过来的数据。
    注意:这里不发送的是正常连接时传输的数据(非确认报文),而不是一切数据,所以客户端仍然能发送ACK确认报文。

  • 第二次挥手:
    服务器端收到客户端发出的FIN标记位的TCP报文之后,结束ESTABLISHED阶段,进入CLOSE-WAIT阶段(半关闭状态)并返回一段TCP报文,其中:标记位为ACK,序号为Seq=v;确认号为ack=u+1,表示是在收到客户端报文的基础上,将其序号Seq值加1作为本段报文确认号ack的值;
    随后服务器端开始准备释放服务器端到客户端方向上的连接。
    客户端收到从服务器端发出的TCP报文之后,结束FIN-WAIT-1阶段,进入FIN-WAIT-2阶段
    前"两次挥手"既让服务器端知道了客户端想要释放连接,也让客户端知道了服务器端了解了自己想要释放连接的请求。于是,可以确认关闭客户端到服务器端方向上的连接了

  • 第三次挥手:
    服务器端自从发出ACK确认报文之后,经过CLOSED-WAIT阶段,做好了释放服务器端到客户端方向上的连接准备,再次向客户端发出一段TCP报文,其中:
    标记位为FIN,ACK,表示“已经准备好释放连接了”。注意:这里的ACK并不是确认收到服务器端报文的确认报文。
    序号为Seq=w,确认号为Ack=U+1表示是在收到客户端报文的基础上,将其序号Seq值加1作为本段报文确认号Ack的值。
    随后服务器端结束CLOSE-WAIT阶段,进入LAST-ACK阶段。并且停止在服务器端到客户端的方向上发送数据,但是服务器端仍然能够接收从客户端传输过来的数据。

  • 第四次挥手:
    客户端收到从服务器端发出的TCP报文,确认了服务器端已做好释放连接的准备,结束FIN-WAIT-2阶段,进入TIME-WAIT阶段,并向服务器端发送一段报文,其中:
    标记位为ACK表示“接收到服务器准备好释放连接的信号”。
    序号为Seq=U+1表示是在收到了服务器端报文的基础上,将其确认号Ack值作为本段报文序号的值。
    确认号为Ack=W+1表示是在收到了服务器端报文的基础上,将其序号Seq值作为本段报文确认号的值。
    随后客户端开始在TIME-WAIT阶段等待2MSL

为什么“握手”是三次,“挥手”却要四次?

TCP建立连接时之所以只需要"三次握手",是因为在第二次"握手"过程中,服务器端发送给客户端的TCP报文是以SYN与ACK作为标志位的。SYN是请求连接标志,表示服务器端同意建立连接;ACK是确认报文,表示告诉客户端,服务器端收到了它的请求报文。即SYN建立连接报文与ACK确认接收报文是在同一次"握手"当中传输的,所以"三次握手"不多也不少,正好让双方明确彼此信息互通。TCP释放连接时之所以需要“四次挥手”,是因为FIN释放连接报文与ACK确认接收报文是分别由第二次和第三次"握手"传输的。

为何建立连接时一起传输,释放连接时却要分开传输?

  • 建立连接时,被动方服务器端结束CLOSED阶段进入“握手”阶段并不需要任何准备,可以直接返回SYN和ACK报文,开始建立连接。
  • 释放连接时,被动方服务器,突然收到主动方客户端释放连接的请求时并不能立即释放连接,因为还有必要的数据需要处理,所以服务器先返回ACK确认收到报文,经过CLOSE-WAIT阶段准备好释放连接之后,才能返回FIN释放连接报文。
为什么存在TIME_WAIT状态,要等2MSL?
  • 1.可靠的终止TCP连接
    为的是确认服务器端是否收到客户端发出的ACK确认报文当客户端发出最后的ACK确认报文时,并不能确定服务器端能够收到该段报文。所以客户端在发送完ACK确认报文之后,会设置一个时长为2MSL的计时器。MSL指的是Maximum Segment Lifetime:一段TCP报文在传输过程中的最大生命周期。2MSL即是服务器端发出为FIN报文和客户端发出的ACK确认报文所能保持有效的最大时长。服务器端在1MSL内没有收到客户端发出的ACK确认报文,就会再次向客户端发出FIN报文;
  • 如果客户端在2MSL内,再次收到了来自服务器端的FIN报文,说明服务器端由于各种原因没有接收到客户端发出的ACK确认报文。客户端再次向服务器端发出ACK确认报文,计时器重置,重新开始2MSL的计时;
  • 否则客户端在2MSL内没有再次收到来自服务器端的FIN报文,说明服务器端正常接收了ACK确认报文,客户端可以进入CLOSED阶段,完成“四次挥手”。
    所以,客户端要经历时长为2SML的TIME-WAIT阶段;这也是为什么客户端比服务器端晚进入CLOSED阶段的原因
    1. 保证让迟来的TCP报文段有足够的时间被识别并丢弃
      在Linux系统上,一个TCP端口不能被同时打开多次(两次及以上),当一个TCP连接处于TIME_WAIT状态时,我们将无法立即使用该连接占着的端口来建立一个新连接。反过来想,如果不存在TIME_WAIT状态,则应用程序能够建立一个和刚刚关闭的连接相似的连接(指相同的IP地址和端口号),这个新的连接被称为原来的连接的化身(incarnation)。新的化身连接可能会接收到属于原来连接的携带应用数据的TCP报文段(迟到的报文段),这显然是不应该发生的。这是TIME_WAIT状态存在的第二个原因。
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