TCP协议“三次握手”与“四次挥手”详解（下）

前面进行“三次握手”建立连接后，当客户端的数据发送完毕，它就会要求与服务器端断开连接，那么就要进行“四次挥手”进行连接的释放。

注意，此处所谓的“客户端”与“服务器端”，只是为了方便标识连接的双方，即确认哪一方是“要求断开连接”的主动方，哪一方是“要求断开连接”的被动方。事实上任何一方都可能在发送完数据后要求与另一方断开连接。

1、“四次挥手”过程

如下图：

“四次挥手”的具体过程如下：

1） “第一次挥手” ：首先，客户端已经发送完数据，想要释放连接（客户端是释放连接的主动方），向服务器端发送一段TCP报文，其中：

i）标记位 FIN=1：表示这个TCP请求是“请求释放连接”；

ii）报文的序号 seq=u：u 等于前面客户端已经传送的数据的最后一个字节的序号加1；

iii）客户端由“ESTABLISHED”连接建立状态，进入“FIN-WAIT-1”终止等待状态1。此时客户端不会再向服务器端发送数据。

需要注意，FIN报文虽然不携带数据，但是但是它会消耗一个字节序号。即客户端第一次发送的FIN报文 seq=u，报文会消耗一个序号，那么客户端下次发送的报文应该从 seq=u+1 开始发送。

2） “第二次挥手”： 服务器端接收到从客户端发出的TCP报文之后，确认了客户端想要释放连接，会发送回一个TCP报文，其中：

i）标记位为ACK=1：表示“服务器端告知客户端，自己已经接收到客户端发送的释放连接的请求”；

ii）报文序号 seq=v：服务器端到客户端的连接还没有关闭，服务器端还会向客户端发送数据包，这个报文序号为 v；

iii）确认号ack = u+1：表示希望客户端下一个报文的序号是 u+1，即希望客户端下一个报文从序号为 u+1 的字节开始发送。我们知道客户端第一个报文 seq=u，且该报文为FIN报文，占一个序号，那么客户端下一个报文就应该从 u+1 开始发送。

iv）服务器端结束 “ESTABLISHED” 连接阶段，进入“CLOSE-WAIT” 关闭等待状态；

此时从 客户端到服务器端 这个方向的连接就被释放，TCP连接处于“半关闭状态” 。 此时客户端不会再向服务器端发送数据，但是服务器端可能还会想客户端发送数据。

v）客户端收到从服务器端发出的TCP报文之后，确认了服务器端收到了客户端发出的释放连接请求，随后客户端结束“FIN-WAIT-1”终止等待状态1，进入“FIN-WAIT-2”终止等待状态2。

总结： 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知道了自己想要释放连接。

3）“ 第三次挥手 ”：客户端经过 “ClOSE-WAIT” 关闭等待 状态后，它要发送给服务器端的数据也发送完毕，即它做好了释放服务器端到客户端连接的准备，就会想客户端发送一段FIN的TCP报文：

i）标记位 FIN=1，ACK=1：表示“ 服务器端告知客户端，自己已经做好释放连接的准备 ”；

ii）报文序号 seq=w：关闭等待阶段，服务器端可能又向客户端发送了数据，因此此时 seq 不是v，而是最新的数据 w；

iii）确认号 ack=u+1：还是希望客户端下一次发送的报文序号为 u+1；

iv）发送“第三次挥手”报文后，服务器端进入“LAST-ACK” 最后确认阶段。此后，服务器端再也无法向客户端发送数据。

注意，第三次挥手发送的是FIN的报文，没有数据但是会占一个序号，即下一次服务器端发送的报文序号 seq=w+1。

4）“ 第四次挥手 ”：客户端接收到服务器端“第三次挥手”的报文后， 确认服务器端已经做好断开连接的准备 ，会向客户端发送“第四次握手”的报文：

i）标记位ACK=1：表示“客户端已经知道服务器端做好释放连接的准备”；

ii）ack = w+1：将收到服务器端报文的 seq+1，作为自己的ack。表示希望服务器端下次发送的报文的序号为 w+1；

iii）seq=u+1：将收到服务器端报文的 ack 作为自己的 seq，因为服务器端报文 ack=u+1 表示希望客户端这次发送的报文序号是 u+1，那么客户端这次发送报文的序号就设置为 u+1；

iv）客户端发送完第四次挥手的报文后，启动等待计时器，等待2MSL后，如果没有收到服务器端新的请求，就进入“CLOSED” 连接关闭状态；

v）服务器端在收到客户端发送的第四次挥手的报文后，进入进入“CLOSED” 连接关闭状态。

总结： 后“两次挥手”既让客户端知道了服务器端准备好释放连接了，也让服务器端知道了客户端了解了自己准备好释放连接了。于是，可以确认关闭服务器端端到客户端方向上的连接了，由此完成“四次挥手”，关闭了连接。

2、三个关键问题

1）为什么“握手”是三次，而“挥手”却是四次？

对于“三次握手”，在第二次握手的时候，服务器端向客户端发送的报文的标记位包含 SYN=1以及ACK=1，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“确认接收”与“同意连接”是在同一次握手中传输的。那么通过三次握手就刚刚好可以建立连接；

对于“四次挥手”，第二次挥手的时候，服务器端可能还没有做好关闭连接的准备（它可能还有数据要发送给客户端），因此，它不会立即释放连接，会在第二次挥手先返回一个ACK=1，表示已经接受到客户端的断开连接的请求。随后，客户端处理完数据后，会发送第三次挥手报文，其中FIN=1，表示服务器端已经准备好释放连接。因此，释放连接需要经过“四次挥手”。

2）为什么客户端要在发送第四次挥手的报文后等待2MSL的时间才进入CLOSED状态？

目的是为了确认服务器端会收到客户端发送的“第四次挥手”的ACK确认报文。

MSL(Max Segment Lifetime): 最长报文段寿命，也就是一个报文在网络中存活的最长时间，一般设置为2分钟。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。

在1MSL的时候，如果服务器端没有收到客户端发送的ACK确认报文，就会再次向客户端发送FIN报文，这个报文在1MSL的时间内会到达客户端，此时客户端边知道自己上一次发送的ACK确认报文没有发送到服务器端，于是客户端会再次向服务器端发送ACK确认报文，并将等待计时器重置。

如果在2MSL的时间内没有接受到服务器端发送回来的FIN报文，说明客户端最后发送的ACK确认报文已经被服务器端接收到，可以关闭连接。因此，事实上客户端会比服务器端更晚进入CLOSED状态。

3）如果已经建立了连接，但是客户端出现故障了怎么办？

如果客户端发送错误，服务器端还一直保持连接，这个连接并不会传送数据，并且占用了服务器端的资源。服务器端有一个“保活计时器”，服务器端每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若2小时还没有收到客户端的任何数据，客户端就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文客户端仍然没反应，服务器端就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。