TCP三次握手详解及释放连接过程

TCP头部： 其中 ACK   SYN  序号  这三个部分在以下会用到，它们的介绍也在下面。

 

暂时需要的信息有：

ACK ： TCP协议规定，只有ACK=1时有效，也规定连接建立后所有发送的报文的ACK必须为1

SYN(SYNchronization) ： 在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文。对方若同意建立连接，则应在响应报文中使SYN=1和ACK=1. 因此,  SYN置1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。

 

FIN （finis）即完，终结的意思， 用来释放一个连接。当 FIN = 1 时，表明此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放连接。

 

三次握手的过程：

首先由Client发出请求连接即 SYN=1 ACK=0  (请看头字段的介绍), TCP规定SYN=1时不能携带数据，但要消耗一个序号,因此声明自己的序号是 seq=x

然后 Server 进行回复确认，即 SYN=1 ACK=1 seq=y, ack=x+1,

再然后 Client 再进行一次确认，但不用SYN 了，这时即为 ACK=1, seq=x+1, ack=y+1.

然后连接建立。

为什么要进行三次握手呢（两次确认）？

 

下面是释放连接的过程：

当客户A 没有东西要发送时就要释放 A 这边的连接，A会发送一个报文（没有数据），其中 FIN 设置为1,  服务器B收到后会给应用程序一个信，这时A那边的连接已经关闭，即A不再发送信息（但仍可接收信息）。 

A收到B的确认后进入等待状态，等待B请求释放连接， B数据发送完成后就向A请求连接释放，也是用FIN=1 表示， 并且用 ack = u+1(如图）， A收到后回复一个确认信息，并进入 TIME_WAIT 状态， 等待 2MSL 时间。

另外服务器B存在一个保活状态，即如果A突然故障死机了，那B那边的连接资源什么时候能释放呢？  就是保活时间到了后，B会发送探测信息， 以决定是否释放连接。

为了这种情况： B向A发送 FIN = 1 的释放请求，但这个报文丢失了， A没有接到不会发送确认信息， B 超时会重传，这时A在 TIME_WAIT 还能够接收到这个请求，这时再回复一个确认就行了。（A收到 FIN = 1 的请求后 等待时间（2MSL） 会重新记时）

为什么要TIME_WAIT等待呢？

• 如果 【最后一步】A 响应ACK 包丢失，B 会以为 A 没有收到自己的关闭请求，然后B会重试向 A 再发 FIN 包。如果没有 TIME_WAIT 状态，A 不再保存这个连接的信息，收到一个不存在的连接的包，A 会响应 RST 包，导致 B 端异常响应。

  此时， TIME_WAIT 是为了保证 TCP 连接正常终止。

• 我们还知道，TCP 下的 IP 层协议是无法保证包传输的先后顺序的。如果双方挥手之后，一个网络四元组（src/dst ip/port）被回收，而此时网络中还有一个【迟到的数据包】没有被 B 接收，A 应用程序又立刻使用了同样的四元组再创建了一个新的连接后，这个迟到的数据包才到达 B，那么这个数据包就会让 B 以为是 A 刚发过来的。

  此时， TIME_WAIT 是为了保证迷失的数据包正常过期。

MSL时长的确定

由原因来推实现，TIME_WAIT 状态的保持时长也就可以理解了。确定 TIME_WAIT 的时长主要考虑上文的第二种情况，保证关闭连接后这个连接在网络中的所有数据包都过期。

说到过期时间，不得不提另一个概念: 最大分段寿命（MSL, Maximum Segment Lifetime），它表示一个 TCP 分段可以存在于互联网系统中的最大时间，由 TCP 的实现，超出这个寿命的分片都会被丢弃。

TIME_WAIT 状态由主动关闭的 A 来保持，那么我们来考虑对于 A 来说，可能接到上一个连接的数据包的最大时长：A 刚发出的数据包，能保持 MSL 时长的寿命，它到了 B 端后，B 端由于关闭连接了，会响应 RST 包，这个 RST 包最长也会在 MSL 时长后到达 A，那么 A 端只要保持 TIME_WAIT 到达 2MS 就能保证网络中这个连接的包都会消失。

MSL 的时长被 RFC 定义为 2分钟，但在不同的 unix 实现上，这个值不并确定，我们常用的 centOS 上，它被定义为 30s，我们可以通过 /proc/sys/net/ipv4/tcp_fin_timeout 这个文件查看和修改这个值。

什么是2MSL

MSL是Maximum Segment Lifetime英文的缩写，中文可以译为“报文最大生存时间”，他是任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃。因为tcp报文（segment）是ip数据报（datagram）的数据部分，具体称谓请参见《数据在网络各层中的称呼》一文，而ip头中有一个TTL域，TTL是time to live的缩写，中文可以译为“生存时间”，这个生存时间是由源主机设置初始值但不是存的具体时间，而是存储了一个ip数据报可以经过的最大路由数，每经过一个处理他的路由器此值就减1，当此值为0则数据报将被丢弃，同时发送ICMP报文通知源主机。RFC 793中规定MSL为2分钟，实际应用中常用的是30秒，1分钟和2分钟等。

    2MSL即两倍的MSL，TCP的TIME_WAIT状态也称为2MSL等待状态，当TCP的一端发起主动关闭，在发出最后一个ACK包后，即第3次握手完成后发送了第四次握手的ACK包后就进入了TIME_WAIT状态，必须在此状态上停留两倍的MSL时间，等待2MSL时间主要目的是怕最后一个ACK包对方没收到，那么对方在超时后将重发第三次握手的FIN包，主动关闭端接到重发的FIN包后可以再发一个ACK应答包。在TIME_WAIT状态时两端的端口不能使用，要等到2MSL时间结束才可继续使用。当连接处于2MSL等待阶段时任何迟到的报文段都将被丢弃。不过在实际应用中可以通过设置SO_REUSEADDR选项达到不必等待2MSL时间结束再使用此端口。

TTL与MSL是有关系的但不是简单的相等的关系，MSL要大于等于TTL。