一、序

當(dāng)我們聊到 TCP 協(xié)議的時(shí)候，聊的最多的就是三次握手與四次揮手，但是你有沒有想過，三次握手或者四次揮手時(shí)，如果發(fā)生異常了，是如何處理的?又是由誰處理的?

前兩天的文章聊到了 TCP 的三次握手的異常情況，今天繼續(xù)聊聊四次揮手。

TCP 作為一個(gè)靠譜的協(xié)議，在傳輸數(shù)據(jù)的前后，需要在雙端之間建立連接，并在雙端各自維護(hù)連接的狀態(tài)。TCP 并沒有多么神奇，在面對(duì)著多變的網(wǎng)絡(luò)情況，也只能通過不斷的重傳和各種算法來保證可靠性。

當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完成，需要斷開連接的時(shí)候，TCP 會(huì)通過四次握手來完成雙端的斷連，并回收各自的資源。那么今天就來繼續(xù)聊聊，TCP 四次揮手過程中，如果出現(xiàn)異常，單端跑路等問題，是如何處理的。

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二、TCP 四次揮手

1. 簡(jiǎn)單理解四次揮手

雖然是在說四次揮手的異常情況，在此之前，我們還是先來簡(jiǎn)單了解一下 TCP 的四次揮手。

當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完成，需要斷開連接的時(shí)候，TCP 會(huì)采取四次揮手的方式，來安全的斷開連接。

為什么握手需要三次，而揮手需要四次呢?

本質(zhì)上來說，雙端都需要經(jīng)過一次「分手」的過程，來保證自己和對(duì)端的狀態(tài)正確。本著友好協(xié)商的態(tài)度，你先提出的分手，也要把最大的善意給對(duì)方，不能打了對(duì)方一個(gè)措手不及。你說不玩了就不玩了，那以后誰還敢和你玩。

下面這張圖，是比較經(jīng)典的 TCP 四次揮手的消息和雙端狀態(tài)的變化。

我們解釋一下這張圖：

• 初始時(shí)雙端還都處于 ESTABLISHED 狀態(tài)并傳輸數(shù)據(jù)，某端可以主動(dòng)發(fā)起「FIN」包準(zhǔn)備斷開連接，在這里的場(chǎng)景下，是客戶端發(fā)起「FIN」請(qǐng)求。在發(fā)出「FIN」后，客戶端進(jìn)入 FIN-WAIT-1 狀態(tài)。
• 服務(wù)端收到「FIN」消息后，回復(fù)「ACK」表示知道了，并從 ESTABLISHED 狀態(tài)進(jìn)入 CLOSED-WAIT 狀態(tài)，開始做一些斷開連接前的準(zhǔn)備工作。
• 客戶端收到之前「FIN」的回復(fù)「ACK」消息后，進(jìn)入 FIN-WAIT-2 狀態(tài)。而當(dāng)服務(wù)端做好斷開前的準(zhǔn)備工作后，也會(huì)發(fā)送一個(gè)「FIN,ACK」的消息給客戶端，表示我也好了，請(qǐng)求斷開連接，并在發(fā)送消息后，服務(wù)端進(jìn)入 LAST-ACK 狀態(tài)。
• 客戶端在收到「FIN,ACK」消息后，會(huì)立即回復(fù)「ACK」表示知道了，并進(jìn)入 TIME_WAIT 狀態(tài)，為了穩(wěn)定和安全考慮，客戶端會(huì)在 TIME-WAIT 狀態(tài)等待 2MSL 的時(shí)長(zhǎng)，最終進(jìn)入 CLOSED 狀態(tài)。
• 服務(wù)端收到客戶端回復(fù)的「ACK」消息后，直接從 LAST-ACK 狀態(tài)進(jìn)入 CLOSED 狀態(tài)。

正常的經(jīng)過四次揮手之后，雙端都進(jìn)入 CLOSED 狀態(tài)，在此之后，雙端正式斷開了連接。

2. TCP 揮手的異常情況

四次揮手的正常發(fā)包和應(yīng)答過程，我們已經(jīng)簡(jiǎn)單了解了，接下來就繼續(xù)看看，四次揮手過程中，出現(xiàn)的異常情況。

三次握手的正常發(fā)包和應(yīng)答，以及雙端的狀態(tài)扭轉(zhuǎn)我們已經(jīng)講了，接下來就來看看在這三次握手的過程中，出現(xiàn)的異常情況。

(1) 斷開連接的 FIN 包丟了。

我們前面一直強(qiáng)調(diào)過，如果一個(gè)包發(fā)出去，在一定時(shí)間內(nèi)，只要沒有收到對(duì)端的「ACK」回復(fù)，均認(rèn)為這個(gè)包丟了，會(huì)觸發(fā)超時(shí)重傳機(jī)制。而不會(huì)關(guān)心到底是自己發(fā)的包丟了，還是對(duì)方的「ACK」丟了。

所以在這里，如果客戶端率先發(fā)的「FIN」包丟了，或者沒有收到對(duì)端的「ACK」回復(fù)，則會(huì)觸發(fā)超時(shí)重傳，直到觸發(fā)重傳的次數(shù)，直接關(guān)閉連接。

對(duì)于服務(wù)端而言，如果客戶端發(fā)來的「FIN」沒有收到，就沒有任何感知。會(huì)在一段時(shí)間后，也關(guān)閉連接。

(2) 服務(wù)端第一次回復(fù)的 ACK 丟了。

此時(shí)因?yàn)榭蛻舳藳]有收到「ACK」應(yīng)答，會(huì)嘗試重傳之前的「FIN」請(qǐng)求，服務(wù)端收到后，又會(huì)再重傳「ACK」。

而此時(shí)服務(wù)端已經(jīng)進(jìn)入 CLOSED-WAIT 狀態(tài)，開始做斷開連接前的準(zhǔn)備工作。當(dāng)準(zhǔn)備好之后，會(huì)回復(fù)「FIN,ACK」，注意這個(gè)消息是攜帶了之前「ACK」的響應(yīng)序號(hào)的。

只要這個(gè)消息沒丟，客戶端可以憑借「FIN,ACK」包中的響應(yīng)序號(hào)，直接從 FIN-WAIT-1 狀態(tài)，進(jìn)入 TIME-WAIT 狀態(tài)，開始長(zhǎng)達(dá) 2MSL 的等待。

(3) 服務(wù)端發(fā)送的 FIN,ACK 丟了。

服務(wù)端在超時(shí)后會(huì)重傳，此時(shí)客戶端有兩種情況，要么處于 FIN-WAIT-2 狀態(tài)(之前的 ACK 也丟了)，會(huì)一直等待;要么處于 TIME-WAIT 狀態(tài)，會(huì)等待 2MSL 時(shí)間。

也就是說，在之后的一小段時(shí)間內(nèi)客戶端還在，客戶端在收到服務(wù)端發(fā)來的「FIN,ACK」包后，也會(huì)回復(fù)一個(gè)「ACK」應(yīng)答，并做自己的狀態(tài)切換。

(4) 客戶端最后回復(fù)的 ACK 丟了。

客戶端在回復(fù)「ACK」后，會(huì)進(jìn)入 TIME-WAIT 狀態(tài)，并開始長(zhǎng)達(dá) 2MSL 的等待，服務(wù)端因?yàn)闆]有收到「ACK」的回復(fù)，會(huì)重試一段時(shí)間，直到服務(wù)端重試超時(shí)后主動(dòng)斷開。

或者等待新的客戶端接入后，收到服務(wù)端重試的「FIN」消息后，回復(fù)「RST」消息，在收到「RST」消息后，復(fù)位服務(wù)端的狀態(tài)。

(5) 客戶端收到 ACK 后，服務(wù)端跑路了。

客戶端在收到「ACK」后，進(jìn)入了 FIN-WAIT-2 狀態(tài)，等待服務(wù)端發(fā)來的「FIN」包，而如果服務(wù)端跑路了，這個(gè)包永遠(yuǎn)都等不到。

在 TCP 協(xié)議中，是沒有對(duì)這個(gè)狀態(tài)的處理機(jī)制的。但是協(xié)議不管，系統(tǒng)來湊，操作系統(tǒng)會(huì)接管這個(gè)狀態(tài)，例如在 Linux 下，就可以通過 tcp_fin_timeout 參數(shù)，來對(duì)這個(gè)狀態(tài)設(shè)定一個(gè)超時(shí)時(shí)間。

需要注意的是，當(dāng)超過 tcp_fin_timeout 的限制后，狀態(tài)并不是切換到 TIME_WAIT，而是直接進(jìn)入 CLOSED 狀態(tài)。

參考：https://blog.huoding.com/2016/09/05/542

(6) 客戶端收到 ACK 后，客戶端自己跑路了。

客戶端收到「ACK」后直接跑路，服務(wù)端后續(xù)在發(fā)送的「FIN,ACK」就沒有接收端，也就不會(huì)得到回復(fù)，會(huì)不斷的走 TCP 的超時(shí)重試的機(jī)制，此時(shí)服務(wù)端處于 LAST-ACK 狀態(tài)。

那就要分 2 種情況分析：

在超過一定時(shí)間后，服務(wù)端主動(dòng)斷開。

收到「RST」后，主動(dòng)斷開連接。

「RST」消息是一種重置消息，表示當(dāng)前錯(cuò)誤了，應(yīng)該回到初始的狀態(tài)。如果客戶端跑路后有新的客戶端接入，會(huì)在此發(fā)送「SYN」以期望建立連接，此時(shí)這個(gè)「SYN」將被忽略，并直接回復(fù)「FIN,ACK」消息，新客戶端在收到「FIN」消息后是不會(huì)認(rèn)的，并且會(huì)回復(fù)一個(gè)「RST」消息。

三、小結(jié)時(shí)刻

今天我們聊了 TCP 在四次揮手階段出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)的一些處理策略。

大多數(shù)情況下，TCP 協(xié)議本身已經(jīng)保證了可靠性，例如超時(shí)重傳，而有些時(shí)候，又需要操作系統(tǒng)來接管一些狀態(tài)，例如 tcp_fin_timeout 等。