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[网络协议]TCP四次挥手断开连接

四次挥手的流程

在这里插入图片描述1、主动关闭方发送FIN连接释放报文段
客户端调用 close 方法,告诉服务器自己要主动关闭连接,会发送一个 FIN 报文给服务端,客户端进入FIN-WAIT-1状态。
2、被动关闭方发送对FIN的ACK普通确认报文段
由于此时服务器数据很可能还没有发完,需要继续向客户端发送未完成的数据,又不能让客户端等太久,所以先向客户端发送ACK 确认报文段,服务端进入 CLOSE_WAIT,客户端收到ACK之后进入FIN-WAIT-2状态。
3、被动关闭方发送FIN连接释放报文段
当服务器数据发送完毕之后。发送 FIN 报文给客户端,然后进入LAST-ACK 状态,等待客户端的 ACK。(同前面一样如果 FIN 段没有携带数据,也需要消耗一个序列号)
4、主动关闭方发送对FIN的ACK普通确认报文段
客户端收到服务端的 FIN 报文以后,回复 ACK 报文用来确认第三步里的 FIN 报文,随后进入TIME_WAIT状态(主动关闭连接的一方才有 TIME_WAIT 状态),等待 2 个 MSL (MSL:最长报文段寿命)以后进入 CLOSED状态。服务端收到 ACK 以后进入CLOSED状态。正常情况下服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

面试题

为什么建立连接是三次握手,关闭连接确是四次挥手呢?
建立连接的时候将四次握手合并成了三次(SYN+ACK合并为一次),
关闭连接操作时无法优化成三次,理由如下:

服务器收到对方的FIN报文时,很可能还有数据没发完,需要等到数据发送完毕之后才向客户端发送FIN报文,但是又不能让客户端等太久,就先发ACK告诉客户端—我收到了你的FIN释放连接请求,客户端收到ACK之后便不会重复发送断开连接的请求。
等到服务器数据传输完毕后,才会发FIN释放连接报文,这样保证传输完毕后才断开连接。

另外,如果服务端确定没有数据需要发给客户端,那么当然是可以把 FIN 和 ACK 合并成一个包,四次挥手的过程就成了三次。

为什么 TIME_WAIT 等待的时间是 2MSL?
MSL 是 Maximum Segment Lifetime,报文最大生存时间,它是任何报文在网络上存在的最长时间,超过这个时间报文将被丢弃。

最大生存时间怎么来的?
报文每经过一次路由器的转发,IP 头部的 TTL 字段就会减 1,减到 0 时报文就被丢弃,这就限制了报文的最长存活时间。
MSL 与 TTL 的区别:MSL 的单位是时间,而 TTL 是经过路由跳数。所以 MSL 应该要大于等于 TTL 消耗为 0 的时间,以确保报文已被自然消亡。

1、保证服务端的连接能够正确关闭
客户端是发出了第四次握手的报文后进入的TIME_WAIT。如果第四次握手中,客户端发给服务器的ACK报文丢失了,服务器就会发送超时重发 FIN报文给客户端,客户端要保证极端情况下也能接受到服务器的超时重发FIN报文,所以设置成2MSL。

2MSL 的时长相当于允许报文丢失一次。比如,若 ACK 在一个 MSL 内丢失,这样服务器重发的 FIN 会在第 2 个 MSL 内到达。
客户端四次挥手的最后一个 ACK 报文如果在网络中被丢失了,此时如果客户端 TIME-WAIT 过短或没有,则就直接进入了 CLOSE 状态了,那么服务端则会一直处在 LASE-ACK 状态而没有正确关闭,这就糟了。

当客户端再次发起建立连接的 SYN 请求报文后,由于服务端处于LAST_ACK而非LINSTEN状态,所以会发送 RST 报文给客户端,连接建立的过程就会被终止导致无法正常的建立连接。
2、防止收到历史数据,从而导致数据错乱的问题。
客户端发送完最后一个确认报文后,在这个2MSL时间中,就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样新的连接中不会出现旧连接的历史数据。

举个栗子,服务端向客户端发送的最后一个数据包因为网络延迟原因久久未到,而此时发送该包时的tcp连接已经断开,并且端口被复用开启了另一个tcp连接,由于TIME_WAIT 等待的时间不足,此包还未过期,客户端就会以为是此tcp连接的包而接收,导致数据混乱。

补充:
如果在 TIME-WAIT 时间内,因为客户端的 ACK 没有传输到服务端,客户端又接收到了服务端重发的 FIN 报文,那么 2MSL 时间将重新计时

那允许报文丢失一次够吗?为什么不是 4 或者 8 MSL 的时长呢?
因为一个丢包率达到百分之一的糟糕网络,连续两次丢包的概率只有万分之一,这个概率实在是太小了,忽略它比解决它更具性价比。
因为TIME_WAIT 状态会消耗系统资源。如果TIME_WAIT 状态过多,占满了所有端口资源,则会导致无法创建新连接。

客户端受端口资源限制:如果客户端 TIME_WAIT 过多,就会导致端口资源被占用,因为端口就65535个,被占满就会导致无法创建新的连接; 服务端受系统资源限制:当服务端出现大量 TIME_WAIT 时,系统资源被占满时,会导致处理不过来新的连接;

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加:2022-01-03 16:27:45  更:2022-01-03 16:28:57 
 
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