TCP三次揮手四次握手（面試總結）

1、 為什么建立連接協議是三次握手，而關閉連接卻是四次握手呢？

全雙工通信。
這是因為服務端的LISTEN狀態下的SOCKET當收到SYN報文的建連請求后，它可以把ACK和SYN（ACK起應答作用，而SYN起同步作用）放在一個報文里來發送。但關閉連接時，當收到對方的FIN報文通知時，它僅僅表示對方沒有數據發送給你了；但未必你所有的數據都全部發送給對方了，所以你可以未必會馬上會關閉SOCKET,也即你可能還需要發送一些數據給對方之后，再發送FIN報文給對方來表示你同意現在可以關閉連接了，所以它這里的ACK報文和FIN報文多數情況下都是分開發送的。

2、 為什么TIME_WAIT狀態還需要等2MSL后才能返回到CLOSED狀態？

<2020_05>補充

  1. 保證tcp可靠終止連接
  2. 保證遲來的或重發的tcp報文有足夠的時間被識別或者丟棄
    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。
    <2020_05>原因2：在linux系統一個tcp端口不能被打開兩次以上，如果當前端口處于time_wait狀態，那么新鏈接無法建立，而如果不存在time_wait，新的鏈接可能會接收到原來鏈接重發或者遲到的數據(比如上一個鏈接最后的ack沒有被server接收到，那么新的鏈接建立，反而接收到了，server要發給上一個client的報文)

<2020_05>如果出現了time_wait怎么處理

在實際工作中沒有出現這樣的問題，因為事先已經將機器優化過了，而不是除了time_wait的問題之后才進行優化。
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示開啟重用。允許將TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP連接，默認為0，表示關閉；
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示開啟TCP連接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默認為0，表示關閉。

經典的兩張圖

這里寫圖片描述

這里寫圖片描述

建立連接協議（三次握手）

  • 客戶端發送一個帶SYN標志的TCP報文到服務器。這是三次握手過程中的報文1。

  • 服務器端回應客戶端的，這是三次握手中的第2個報文，這個報文同時帶ACK標志和SYN標志。因此它表示對剛才客戶端SYN報文的回應；同時又標志SYN給客戶端，詢問客戶端是否準備好進行數據通訊。

  • 客戶必須再次回應服務段一個ACK報文，這是報文段3。

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。

各種狀態詳解

CLOSED:

這個沒什么好說的了，表示初始狀態。

LISTEN:

這個也是非常容易理解的一個狀態，表示服務器端的某個SOCKET處于監聽狀態，可以接受連接了。

SYN_RCVD:

這個狀態表示接受到了SYN報文，在正常情況下，這個狀態是服務器端的SOCKET在建立TCP連接時的三次握手會話過程中的一個中間狀態，很短暫，基本上用netstat你是很難看到這種狀態的，除非你特意寫了一個客戶端測試程序，故意將三次TCP握手過程中最后一個ACK報文不予發送。因此這種狀態時，當收到客戶端的ACK報文后，它會進入到ESTABLISHED狀態。

SYN_SENT:

這個狀態與SYN_RCVD遙相呼應，當客戶端SOCKET執行CONNECT連接時，它首先發送SYN報文，因此也隨即它會進入到了SYN_SENT狀態，并等待服務端的發送三次握手中的第2個報文。SYN_SENT狀態表示客戶端已發送SYN報文。

ESTABLISHED：

這個容易理解了，表示連接已經建立了。

FIN_WAIT_1:

這個狀態要好好解釋一下，其實FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2狀態的真正含義都是表示等待對方的FIN報文。

而這兩種狀態的區別是：

FIN_WAIT_1狀態實際上是當SOCKET在ESTABLISHED狀態時，它想主動關閉連接，向對方發送了FIN報文，此時該SOCKET即進入到FIN_WAIT_1狀態。而當對方回應ACK報文后，則進入到FIN_WAIT_2狀態，當然在實際的正常情況下，無論對方何種情況下，都應該馬上回應ACK報文，所以FIN_WAIT_1狀態一般是比較難見到的，而FIN_WAIT_2狀態還有時常常可以用netstat看到。

FIN_WAIT_2：上面已經詳細解釋了這種狀態，實際上FIN_WAIT_2狀態下的SOCKET，表示半連接，也即有一方要求close連接，但另外還告訴對方，我暫時還有點數據需要傳送給你，稍后再關閉連接。

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。

如果FIN_WAIT_1狀態下，收到了對方同時帶FIN標志和ACK標志的報文時，可以直接進入到TIME_WAIT狀態，而無須經過FIN_WAIT_2狀態。

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.

CLOSING:

這種狀態比較特殊，實際情況中應該是很少見，屬于一種比較罕見的例外狀態。正常情況下，當你發送FIN報文后，按理來說是應該先收到（或同時收到）對方的ACK報文，再收到對方的FIN報文。但是CLOSING狀態表示你發送FIN報文后，并沒有收到對方的ACK報文，反而卻也收到了對方的FIN報文。什么情況下會出現此種情況呢？其實細想一下，也不難得出結論：那就是如果雙方幾乎在同時close一個SOCKET的話，那么就出現了雙方同時發送FIN報文的情況，也即會出現CLOSING狀態，表示雙方都正在關閉SOCKET連接。

CLOSE_WAIT:

這種狀態的含義其實是表示在等待關閉。怎么理解呢？當對方close一個SOCKET后發送FIN報文給自己，你系統毫無疑問地會回應一個ACK報文給對方，此時則進入到CLOSE_WAIT狀態。接下來呢，實際上你真正需要考慮的事情是察看你是否還有數據發送給對方，如果沒有的話，那么你也就可以close這個SOCKET，發送FIN報文給對方，也即關閉連接。所以你在CLOSE_WAIT狀態下，需要完成的事情是等待你去關閉連接。

LAST_ACK: 這個狀態還是比較容易好理解的，它是被動關閉一方在發送FIN報文后，最后等待對方的ACK報文。當收到ACK報文后，也即可以進入到CLOSED可用狀態了。

最后有2個問題的回答，我自己分析后的結論（不一定保證100%正確）

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