计算机网络——TCP释放连接的4次挥手

TCP连接释放过程比较复杂。

数据传输结束后，通信的双方都可释放连接。

TCP连接释放过程是四次挥手。

TCP报文段首部

上篇【计算机网络】TCP为什么需要3次握手

上篇中讲解了这四个字段的作用：

• $seq$：序号
• $ack$：确认号
• $SYN$：同步位（释放连接不需要）
• $ACK$：确认位

因为在TCP释放连接，所以不需要用到同步位 $SYN$ 字段，而要用到一个新的字段：

• $FIN$：终止位

  ➢ 当终止位被置为 $1$ 时，说明数据已发送完毕，请求释放连接。

  ➢ 当终止位被置为 $0$ 时，说明还有数据正在发送。

TCP建立连接

$A$ 为客户端 $(Client)$，$B$ 为服务端 $(Server)$。

在TCP释放连接的四次挥手中，我们只需要关注这两个标志位：$FIN、ACK$

谁发出 $FIN$ 的报文，就代表着它接下来不再发送任何数据，申请关闭连接通道。

而 $ACK$ 报文就是一个回包的意思，用来确认对方发送连接的通道已经成功关闭了。

第一次挥手

假设本次TCP连接，$A$ 先把数据发完了：

1. 终止位 $FIN=1$ 被置为 $1$，表示我在发起释放连接的请求。
2. 序号 $seq=u$，我最后给你发的数据序号从 $u$ 开始（只要发数据 就一定会有序号）

第二次挥手

$B$ 同意了 $A$ 的释放连接请求，所有数据都已接收完毕，此时会把服务端的接收缓存中剩下的所有数据都交给上层应用进程；

服务端的接收窗口、客户端的发送窗口此时都不需要了。

1. $B$ 收到了 $A$ 发的请求，并回复确认号 $ack=u+1$。
2. 有确认号，肯定有确认位 $ACK=1$。
3. 本次传输自己的序号 $seq=v$。

此时，从 $A$ 到 $B$ 这个方向的连接就释放了，TCP连接处于半关闭状态。

$B$ 若发送数据，$A$ 仍要接收，所以此时用到的是：服务端的发送窗口、客户端的接受窗口。

第三次挥手

第三次请求还是 $B$ 向 $A$ 发出的，在第二次请求与第三次请求中，这两个连续的请求包之间存在着隔断时间，因为对于 $B$ 来说可能还有一些还未处理完的数据，此时需要一些异步等待时间；

我们抽象一下：
A：B啊，我不想玩了。
B：哦，你不想玩了啊，我知道了。
B：A啊，好吧，我也不玩了，拜拜。
A：好的，拜拜。

等服务端的数据都处理完成后，此时 $B$ 给 $A$ 发送的请求只是单纯确认的请求：

1. 终止位 $FIN=1$，表示我的数据全部处理完了，我也申请释放连接。
2. 确认号 $ack=u+1$，表示你发送的 $u+1$ 之前的数据我全部收到了。
3. 确认位 $ACK=1$。
4. 我本次请求的数据携带的序号字段为 $seq=w$。

第四次挥手

$A$ 收到了 $B$ 的释放连接请求，并回复确认。

1. 确认号 $ack=w+1$，表示你你发送的 $w+1$ 之前的数据我全部收到了。
2. 确认位 $ACK=1$。
3. 自己本次数据的序号字段 $seq=u+1$ 对应你上次请求的确认号。

至此，$A$ 和 $B$ 的连接释放完成。

四次挥手TCP连接的各个状态

• $ESTAB-LISHED$：已确认连接状态
• $FIN-WAIT-1$：主动关闭方的第一个等待状态（此时在等待 $B$ 的确认）
• $FIN-WAIT-2$：主动关闭方的第二个等待状态（此时在等待 $B$ 处理未处理完的一些资源）
• $CLOSE-WAIT$：半关闭状态（对于被动关闭方 $B$ 可能还需要处理内部的一些资源）
• $LAST-ACK$：等待最后一次确认状态
• $TIME-WAIT$：等待计时状态（等待计时器）
• $CLOSED$：关闭状态

一个 $FIN$ 对应一个 $ACK$。

注意：只有主动关闭连接的，才有 $TIME-WAIT$ 状态。

TIME-WAIT状态解释

为什么会有这个状态（等待计时器）存在？

对于客户端 $A$ 和服务端 $B$，都存在着一个超时计时器；

对于最后一次挥手，$A$ 怎么知道 $B$ 是否收到了呢？因为最后一次请求 $B$ 不会给 $A$ 回复，按以前的超时计时器来判断的话，$A$ 会一直给$B$ 发 $N$ 个请求，直到 $B$ 给 $A$ 回复确认请求，这显然是不可以的。

如果不设置超时计时器，万一对方真的没有收到呢？

所以此时就有一个 $TIME-WAIT$（等待计时器）状态，为了确保我最后的一次请求 $B$ 一定收到了。

假设我第四次请求丢失了，那么 $B$ 的超时计时器发现后，会重新发送第三次请求，当 $A$ 处在 $TIME-WAIT$ 状态时，又收到了第三次请求，则证明我发送的第四次请求丢失了，$B$ 没有收到，此时 $A$ 会重新发送第四次请求。

这样双方就都可以判断最后一次挥手有没有完成，判断依据是：在这 $2MSL$ 的等待时间中，对方都没有再给我发任何重复的数据包过来，那么我就可以认为对方收到了最后一次请求。

$MSL(MaximumSegmentLifetime）$ 是报文最大生存时间

$A$ 必须等待 $2MSL$ 的时间：

• 第一，为了保证 $A$ 发送的最后一个 $ACK$ 报文段能够到达 $B$。

• 第二，防止 “已失效的连接请求报文段” 出现在本连接中。

  $A$ 在发送完最后一个 $ACK$ 报文段后，再经过时间 $2MSL$，就可以使本连接持续的时间内产生的所有报文段，都从网络中消失。

  这样就可以使下一个新的连接中不会出现这种旧的连接请求报文段。

更详细的分析可参考小林coding的TCP面试题

TIME_WAIT 过多有什么危害？如何优化 TIME_WAIT？

还是挺详细的。