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TCP 四次握手断开连接(图解)

建立连接非常重要,它是数据正确传输的前提;断开连接同样重要,它让计算机释放不再使用的资源。如果连接不能正常断开,不仅会造成数据传输错误,还会导致套接字不能关闭,持续占用资源,如果并发量高,服务器压力堪忧。

建立连接需要三次握手,断开连接需要四次握手,可以形象的比喻为下面的对话:

  • [Shake 1] 套接字 A:“任务处理完毕,我希望断开连接。”
  • [Shake 2] 套接字 B:“哦,是吗?请稍等,我准备一下。”
  • 等待片刻后……
  • [Shake 3] 套接字 B:“我准备好了,可以断开连接了。”
  • [Shake 4] 套接字 A:“好的,谢谢合作。”

下图演示了客户端主动断开连接的场景:

TCP 断开连接图解

建立连接后,客户端和服务器都处于 ESTABLISED 状态。这时,客户端发起断开连接的请求:

1)客户端调用 close() 函数后,向服务器发送 FIN 数据包,进入 FIN_WAIT_1 状态。FIN 是 Finish 的缩写,表示完成任务需要断开连接。

2)服务器收到数据包后,检测到设置了 FIN 标志位,知道要断开连接,于是向客户端发送“确认包”,进入 CLOSE_WAIT 状态。

注意:服务器收到请求后并不是立即断开连接,而是先向客户端发送“确认包”,告诉它我知道了,我需要准备一下才能断开连接。

3)客户端收到“确认包”后进入 FIN_WAIT_2 状态,等待服务器准备完毕后再次发送数据包。

4)等待片刻后,服务器准备完毕,可以断开连接,于是再主动向客户端发送 FIN 包,告诉它我准备好了,断开连接吧。然后进入 LAST_ACK 状态。

5)客户端收到服务器的 FIN 包后,再向服务器发送 ACK 包,告诉它你断开连接吧。然后进入 TIME_WAIT 状态。

6)服务器收到客户端的 ACK 包后,就断开连接,关闭套接字,进入 CLOSED 状态。

关于 TIME_WAIT 状态的说明

客户端最后一次发送 ACK 包后进入 TIME_WAIT 状态,而不是直接进入 CLOSED 状态关闭连接,这是为什么呢?

TCP 是面向连接的传输方式,必须保证数据能够正确到达目标机器,不能丢失或出错,而网络是不稳定的,随时可能会毁坏数据,所以机器 A 每次向机器 B 发送数据包后,都要求机器 B ”确认“,回传 ACK 包,告诉机器 A 我收到了,这样机器 A 才能知道数据传送成功了。如果机器 B 没有回传 ACK 包,机器 A 会重新发送,直到机器 B 回传 ACK 包。

客户端最后一次向服务器回传 ACK 包时,有可能会因为网络问题导致服务器收不到,服务器会再次发送 FIN 包,如果这时客户端完全关闭了连接,那么服务器无论如何也收不到 ACK 包了,所以客户端需要等待片刻、确认对方收到 ACK 包后才能进入 CLOSED 状态。那么,要等待多久呢?

数据包在网络中是有生存时间的,超过这个时间还未到达目标主机就会被丢弃,并通知源主机。这称为 报文最大生存时间(MSL,Maximum Segment Lifetime)TIME_WAIT 要等待 2MSL 才会进入 CLOSED 状态。ACK 包到达服务器需要 MSL 时间,服务器重传 FIN 包也需要 MSL 时间,2MSL 是数据包往返的最大时间,如果 2MSL 后还未收到服务器重传的 FIN 包,就说明服务器已经收到了 ACK 包。

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