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TCP三次握手，四次挥手

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jason--liu commented

TCP数据头结构

首先我们看看TCP头的结构，如图所示
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在TCP连接过程中，我们重点关注16位校验值中的ACK和FIN位。
可以使用wireshark方便抓包，其中9001是服务器端口，51034是操作系统位客户端（这里我们用telnet）分配的端口。
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第一次握手

当客户端发起connect请求时，客户端发发送一个SYN=1，ACK=0的数据包。

第二次握手

当服务器收到收到客户端发来的第一个数据包后会回一个SYN=1，ACK=1的数据包。

第三次握手

当客户端收到服务器回的的数据包，会再发送一个数据包，其中ACK=1。
具体时序图如下
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为什么TCP是三次握手而不是两次呢

网上有很多说法，总的来来说都是围绕数据安全和数据可靠方面来说的。

TCP四次挥手

整个连接时序图
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和状态转换图一起放上来方便理解
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实际抓包抓到的四次挥手过程
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从wireshark抓到数据包来看，
1.客户端先发送ACK
2.服务器收到后回一个FIN，ACK包
3.客户端收到服务器的回应后再发一个FIN，ACK包
4.最后服务器在发送一个ACK置位的包

TIME_WAIT状态

具有TIME_WAIT状态的TCP连接，就好像一种残留的信息一样；当这种状态存在的时候，服务器程序退出并重新执行会失败，会提示：

bind返回的值为-1,错误码为:98，错误信息为:Address already in use

连接处于TIME_WAIT状态是有时间限制的（1-4分钟之间） = 2 MSL【最长数据包生命周期】；
TCP引入TIME_WAIT状态的原因：

如果服务器最后发送的ACK【应答】包因为某种原因丢失了，那么客户端一定 会重新发送FIN，这样
因为服务器端有TIME_WAIT的存在，服务器会重新发送ACK包给客户端，但是如果没有TIME_WAIT这个状态，那么无论客户端收到ACK包，服务器都已经关闭连接了，此时客户端重新发送FIN，服务器给回的就不是ACK包，而是RST【连接复位】包，从而使客户端没有完成正常的4次挥手，不友好，而且有可能造成数据包丢失；也就是说，TIME_WAIT有助于可靠的实现TCP全双工连接的终止；

RST标志
对于每一个TCP连接，操作系统是要开辟出来一个收缓冲区，和一个发送缓冲区 来处理数据的收和发；
当我们close一个TCP连接时，如果我们这个发送缓冲区有数据，那么操作系统会很优雅的把发送缓冲区里的数据发送完毕，然后再发fin包表示连接关闭；
FIN【四次挥手】，是个优雅的关闭标志，表示正常的TCP连接关闭；

反观RST标志：出现这个标志的包一般都表示 异常关闭；如果发生了异常，一般都会导致丢失一些数据包；如果将来用setsockopt(SO_LINGER)选项要是开启；发送的就是RST包，此时发送缓冲区的数据会被丢弃；RST是异常关闭，是粗暴关闭，不是正常的四次挥手关闭，所以如果你这么关闭tcp连接，那么主动关闭一方也不会进入TIME_WAIT；

netstat命令介绍

介绍命令netstat：显示网络相关信息
-a:显示所有选项
-n:能显示成数字的内容全部显示成数字
-p：显示段落这对应程序名

netstat -anp | grep -E 'State|9001'

解决TIME_WAIT状态导致bind()失败的问题

setsockopt（SO_REUSEADDR）用在服务器端，socket()创建之后，bind()之前

//参数2：是表示级别，和参数3配套使用，也就是说，参数3如果确定了，参数2就确定了;
//参数3：允许重用本地地址
int  reuseaddr=1; //开启
if(setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR, (const void *) &reuseaddr,sizeof(reuseaddr)) == -1)
{
     char *perrorinfo = strerror(errno); 
     printf("setsockopt(SO_REUSEADDR)返回值为%d,错误码为:%d，错误信息为:%s;\n",-1,errno,perrorinfo);
}

SO_REUSEADDR的能力：

  • SO_REUSEADDR允许启动一个监听服务器并捆绑其端口，即使以前建立的将端口用作他们的本地端口的连接仍旧存在；【即便TIME_WAIT状态存在，服务器bind()也能成功】
  • 允许同一个端口上启动同一个服务器的多个实例，只要每个实例捆绑一个不同的本地IP地址即可；
  • SO_REUSEADDR允许单个进程捆绑同一个端口到多个套接字，只要每次捆绑指定不同的本地IP地址即可；
  • SO_REUSEADDR允许完全重复的绑定：当一端口已经绑定到个IP地址和某个套接字上时，如果传输协议支持，同样的IP地址和端口还可以绑定到另一个套接字上；一般来说本特性仅支持UDP套接字[TCP不行]；
qiaocco commented

老哥，实际抓包抓到的四次挥手过程，为什么和理论上不一样呀

jason--liu commented

哪里不一样呢，理论上挥手就是4次。

qiaocco commented

上面分析的：

从wireshark抓到数据包来看，
1.客户端先发送ACK
2.服务器收到后回一个FIN，ACK包
3.客户端收到服务器的回应后再发一个FIN，ACK包
4.最后服务器在发送一个ACK置位的包

四次挥手，理论上不是一方先发送FIN吗

  • 👍1
jason--liu commented

emm，之前都没注意到，如果您知道答案，可以告知下^^

mystist commented

上面分析的：

从wireshark抓到数据包来看，
1.客户端先发送ACK
2.服务器收到后回一个FIN，ACK包
3.客户端收到服务器的回应后再发一个FIN，ACK包
4.最后服务器在发送一个ACK置位的包

四次挥手，理论上不是一方先发送FIN吗

截图是四个包，其实这次挥手是从2开始的，这次挥手只需要三次。

It is also possible to terminate the connection by a 3-way handshake, when host A sends a FIN and host B replies with a FIN & ACK (merely combines 2 steps into one) and host A replies with an ACK.[17]
https://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_Control_Protocol

也就是说，有些机制可以使得三次挥手成为可能。

在这里我的理解是：
这是一个curl的请求，client发起FIN的时候，server已经知道没有后续请求的包了，所以可以直接关闭连接，因此就把ACK和FIN+ACK合并为一步了，这种情况下挥手只需要三次。