阿竺 ·1. 前言
上一章節(jié)分析了 TCP 建立連接的過程，既然有建立連接，對應的也有斷開連接。數(shù)據(jù)傳輸完成之后，客戶端和服務器端保持通信狀態(tài)會占用資源開銷，所以需要斷開連接，TCP 協(xié)議中斷開連接也被稱為 TCP 四次揮手。
2.1 TCP 四次揮手
面試官提問： 說明一下 TCP 斷開連接的過程，涉及到了幾個步驟？
題目解析：
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首先從行為上分析，TCP 斷開連接總共需要發(fā)送四次報文，也就是 "四次揮手" 的過程。
我們定義發(fā)送報文的一方是客戶端，接收報文的一方是服務器端。
上一章節(jié)中已經(jīng)對三次握手過程做出了分析，在建立連接后到傳輸數(shù)據(jù)的整個過程，客戶端和服務器端均處于 ESTABLISHED（監(jiān)聽）狀態(tài)，之后四次揮手的過程如下：
（1）第一次揮手：客戶端發(fā)送一個請求結束報文，其中 FIN 標志位設置為 1，報文中給定一個序列號 u，報文內(nèi)容是 FINbit=1 seq=u，發(fā)送之后主動進入 FIN_WAIT 狀態(tài)，等待服務器端的確認報文；
（2）第二次揮手：服務器端收到 FIN 報文，會發(fā)送 ACK 確認報文，并且把客戶端發(fā)送的序列號加一作為確認報文的確認號，表示已經(jīng)收到了客戶端的報文，所以報文內(nèi)容是 ACKbit=1 seq=v ack=u+1，之后進入 CLOSE_WAIT（關閉等待）狀態(tài)。此時會通知應用層的進程，客戶端已經(jīng)不會再發(fā)送數(shù)據(jù)了。此時連接處于半關閉狀態(tài)，如果服務器端發(fā)送數(shù)據(jù)，客戶端還是需要接收。
客戶端收到第二次揮手的報文后，會進入 FIN_WAIT_2（等待結束）狀態(tài)，等待服務器發(fā)送最后的終止連接報文；
（3）第三次揮手：服務器端把最后的數(shù)據(jù)發(fā)送之后，就開始向客戶端發(fā)送請求結束報文，F(xiàn)IN 標志位設置為 1，確認號設置為 u+1，比較特殊的一點是報文中 ACK 標志位也是 1，報文內(nèi)容是 FINbit=1 ACKbit=1 seq=w ack=u+1，發(fā)送之后服務器端進入 LAST_ACK（最終確認）狀態(tài)，等待客戶端的確認報文。
（4）第四次揮手：客戶端收到服務器的請求斷開連接報文后，必須還要發(fā)出一個確認報文，ACK 標志位設置為 1，并且序列號同上一報文的確認號，確認號同上一報文的序列號加一，報文內(nèi)容是 ACKbit=1 seq=u+1 ack=w+1，之后客戶端進入 TIME_WAIT（時間等待）狀態(tài)。因為不會再收到服務器端的報文，所以等待 2*MSL（最大報文段生存時間）之后，自動進入 CLOSED（關閉）狀態(tài)。
服務器端在收到客戶端的第四次揮手報文后，立即進入 CLOSED（關閉）狀態(tài)，表示結束本次 TCP 連接。
在向面試官分析整個流程的時候，我們可以將四次報文中的第一次和第二次看作一個整體，即是客戶端發(fā)送請求結束報文以及收到對應響應。第三次和第四次又是一個整體，即服務器端發(fā)送請求結束報文并且收到客戶端的響應。
2.2 為什么建立連接是三次握手，斷開連接需要四次揮手
面試官提問： 為什么 TCP 建立連接只需要三次握手，而 TCP 斷開連接需要四次握手？
題目解析：
關于 TCP 建立連接三次握手的必要性，我們已經(jīng)在上一章節(jié)進行了分析，這里不再贅述，這里分析下四次握手的必要性。
前置說明：TCP 是雙向通信的協(xié)議，客戶端可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，服務器端也可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，也就是全雙工通信模式。
第一次揮手時，服務器端收到了客戶端的 FIN 請求結束報文，但是因為應用層的進程可能還需要傳輸一些數(shù)據(jù)，不能立即關閉 SOCKET，所以只能先給客戶端發(fā)送一個 ACK 確認報文，讓客戶端有 "心理準備"。之后服務器端進入 CLOSE_WAIT 狀態(tài)，這個狀態(tài)是為了處理最后的一些數(shù)據(jù)，等待這些數(shù)據(jù)也傳輸完畢之后，服務器端再發(fā)送 FIN 請求結束報文，到這里就已經(jīng)有三次揮手的步驟了。最后，因為服務器端也需要感知第三次揮手的報文是否成功傳輸?shù)娇蛻舳?，所以客戶端還需要第四次揮手的報文，來作為確認。
2.3 TIME_WAIT 狀態(tài)
面試官提問： 第四次揮手之后，客戶端進入的 TIME_WAIT 狀態(tài)是什么含義？有什么限制？
題目解析：
在候選人成功向面試官闡述了四次揮手的過程細節(jié)以及四次的必要性之后，面試官大概率會針對 TIME_WAIT 這個狀態(tài)發(fā)出提問。
我們將這個問題拆解開來，分步分析：
（1）TIME_WAIT 狀態(tài)的開始時間：TCP 連接中主動關閉連接的一方（一般看作客戶端）發(fā)送完最后一次揮手，主動關閉方就進入 TIME_WAIT 狀態(tài)。
（2）TIME_WAIT 的持續(xù)時間：TIME_WAIT 的時間是 2*MSL（Maximum Segment Lifetime），即兩個最大數(shù)據(jù)段生命周期。
（3）TIME_WAIT 為什么要持續(xù) 2*MSL 這么長的時間：
① 防止丟失報文導致異常：客戶端發(fā)送的最后一個 ACK 報文可能丟失，服務器端收不到響應則會發(fā)送第三次揮手的超時重傳報文，我們假設客戶端沒有 TIME_WAIT 狀態(tài)，而是直接進入 CLOSED 狀態(tài)，則會收到非法的報文段，返回一個 RST（拒絕連接）的報文，產(chǎn)生異常。
② 防止報文在網(wǎng)絡中停止影響下次建立連接：MSL 表示報文在網(wǎng)絡中的最大傳輸時間，等待 2*MSL 可以讓網(wǎng)絡中的所有舊報文段都失效，下一次重新三次握手時就不會收到無效的報文段。
3. 小結
本章節(jié)給大家分析了 TCP 關閉連接的過程以及常見提問，需要大家能夠在白紙上畫出 TCP 四次揮手的每個流程，并且重點關注 TIME_WAIT 這個狀態(tài)。
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