關于tcp的一些事

由于上一篇文章講了socket編程中遇到的一些問題,因此覺得有必要寫一篇關于tcp的事,以用這些來解釋之前遇到的一些問題,不然對于那些情況有點摸不著頭腦。

廢話不多說,看圖

圖源于網絡

這是tcp有限狀態機的狀態轉換圖,這里面包含了建立連接前的三次握手,以及三次握手時的狀態轉換;同時包含了斷開連接的四次握手,以及期間端口的狀態轉換。

剛開始server端開啟一個端口監聽,此時server端端口處于LISTEN狀態。client端端口處于CLOSED狀態。

建立連接協議(三次握手)

(1)client端主動打開,發送一個帶SYN標志的包到server端。

(2)server端收到client端發送的包,返回帶ACK標志和SYN標志的包(相當于server端告訴client端:我已經裝備好了,你呢?),并詢問client是否準備好了連接。

(3)client端收到帶ACK和SYN標志的包后,知道server端同意并準備好連接了,此時返回一個ACK包,告訴server端我也裝備好了,咱們可以開始了。于是雙方端口都進入ESTABLESHED狀態。

連接終止協議(四次握手)

由于TCP連接是全雙工的,因此每個方向都必須單獨進行關閉。這原則是當一方完成它的數據發送任務后就能發送一個FIN來終止這個方向的連接。收到一個 FIN只意味著這一方向上沒有數據流動,一個TCP連接在收到一個FIN后仍能發送數據。首先進行關閉的一方將執行主動關閉,而另一方執行被動關閉。下面我們將主動發送FIN包的一端成為client端

(1) client客戶端發送一個FIN,用來關閉到server端的數據傳送。

(2) server端收到這個FIN,它發回一個ACK,確認序號為收到的序號加1。和SYN一樣,一個FIN將占用一個序號。

(3) server端關閉client的連接,發送一個FIN給client端。

(4) client端發回ACK報文確認,并將確認序號設置為收到序號加1。此后雙方端口進入CLOSED狀態

TIME_WAIT

從上圖中可以看出,主動斷開連接的一方的端口會進入TIME_WAIT狀態。

那什么是TIME_WAIT?

表示收到了對方的FIN報文,并發送出了ACK報文,就等2MSL后即可回到CLOSED可用狀態了。

注:MSL(最大分段生存期)指明TCP報文在Internet上最長生存時間,每個具體的TCP實現都必須選擇一個確定的MSL值。RFC 1122建議是2分鐘,但BSD傳統實現采用了30秒。TIME_WAIT 狀態最大保持時間是2 * MSL,也就是1-4分鐘。

為什么TIME_WAIT狀態還需要等2MSL后才能返回到CLOSED狀態?

這是因為:雖然雙方都同意關閉連接了,而且握手的4個報文也都協調和發送完畢,按理可以直接回到CLOSED狀態(就好比從SYN_SEND狀態到ESTABLISH狀態那樣);但是因為我們必須要假想網絡是不可靠的,你無法保證你最后發送的ACK報文會一定被對方收到,因此對方處于LAST_ACK狀態下的SOCKET可能會因為超時未收到ACK報文,而重發FIN報文,所以這個TIME_WAIT狀態的作用就是用來重發可能丟失的ACK報文,并保證于此。


因此我們在構建高并發服務器的時候,盡量讓客戶端主動斷開連接,這樣服務器被動關閉則不會進入TIME_WAIT狀態。

服務端為了解決這個TIME_WAIT問題,可選擇的方式有三種:

? · 保證由客戶端主動發起關閉(即做為B端)

? · 關閉的時候使用RST的方式(用來異常的關閉連接的包)

? · 對處于TIME_WAIT狀態的TCP允許重用

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