TCP四次挥手简介

2017-10-23 本文已影响371人 Jiar_

TCP四次挥手简介

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阅读前提示：因为有部分知识会涉及到作者的另一篇博文《TCP三次握手简介》中的内容，建议先跳转阅读，传送门在这里。

TCP四次挥手（原创图片）

TCP首部简介

TCP四次挥手同样也涉及到TCP首部的一些知识，先前在《TCP三次握手简介》中介绍过TCP头部的内容了，这里就不列举所有了，挥手主要涉及到ACK和FIN这两个标志比特位

TCP首部（图片来自网络）

ACK: 此标志表示应答域有效，就是说前面所说的TCP应答号将会包含在TCP数据包中。有两个取值: 0和1，为1的时候表示应答域有效，反之为0。
FIN: 表示发送端已经达到数据末尾，也就是说双方的数据传送完成，没有数据可以传送了，发送FIN标志位的TCP数据包后，连接将被断开。这个标志的数据包也经常被用于进行端口扫描。

TCP四次挥手过程

其实以下这张图片就能说明TCP四次挥手的过程以及握手两端状态的变化。

TCP四次挥手（原创图片）

TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议。TCP是全双工模式，这就意味着，当A发出FIN报文段时，只是表示A已经没有数据要发送了，A告诉B，它的数据已经全部发送完毕了；但是，这个时候A还是可以接受来自B的数据；当B返回ACK报文段时，表示B已经知道A没有数据发送了，但是B还是可以发送数据到A的；当B也发送了FIN报文段时，这个时候就表示B也没有数据要发送了，B就会告诉A自己也没有数据要发送了，之后彼此就会愉快的中断这次TCP连接。

挥手过程

第一次挥手: 主动关闭方(可以使客户端，也可以是服务器端，这里标记为：A)，将FIN置为1，ACK置为1，Seq(Sequence Number)设置为X为上一次对方传送过来的Ack(Acknowledgment Number)值，Ack(Acknowledgment Number)设置为Y为上一次对方传过来的Seq(Sequence Number)值+1。设置好以上值后，将数据发送至被动关闭方(这里标记为：B)。然后A进入FIN_WAIT_1状态。
第二次挥手：B收到了A发送的FIN报文段，向A回复，将ACK置为1，Ack(Acknowledgment Number)设置为X第一次挥手中的Seq(Sequence Number)值+1，Seq(Sequence Number)设置为Y第一次挥手中的Ack(Acknowledgment Number)值。然后B进入CLOSE_WAIT状态，A收到B的回复后，进入FIN_WAIT_2状态。
第三次挥手：B再次向A发送报文，将FIN置为1，ACK置为1，Ack(Acknowledgment Number)设置为X+1第二次挥手中的Ack(Acknowledgment Number)值，Seq(Sequence Number)设置为Y第二次挥手中的Seq(Sequence Number)值。然后B进入LAST_ACK状态，A收到B的报文后，进入TIME_WAIT状态。
第四次挥手：A收到B发送的FIN报文段，像B回复，将ACK置为1，Ack(Acknowledgment Number)设置为Y第三次挥手中的Seq(Sequence Number)值+1，Seq(Sequence Number)设置为X+1第三次挥手中的Ack(Acknowledgment Number)值。然后A进入TIME_WAIT状态，B在收到报文后进入CLOSED状态，A在发送完报文等待了2MSL时间后进入CLOSED状态。

状态变化

ESTABLISHED：已建立连接
FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2：FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2的意义在于等待B发送FIN报文（B在第三次挥手发送了FIN报文）。
FIN_WAIT_1：A发送给B报文，请求关闭连接，然后A便进入这个状态，这个时候，表示A已经没有数据要发送了，不过A还能接收数据。
FIN_WAIT_2：这个时候，SOCKET处于半连接状态，即A要求关闭连接，但是还要稍微等会，等到A收到B发送的FIN报文，并相应了这个报文，并过了2MSL后，才真正关闭，这里只是做个关闭标记。
CLOSE_WAIT：这个过程是B在等待自己发送FIN报文。当A发送一个FIN报文给B后，B毫无疑问应该立刻回复ACK报文，此时B进入这个状态。接下来，B会观察自己是否还有数据没有发送给A，如果有，先把数据发送给A，再发送FIN报文；如果没有，那么B直接发送FIN报文给A。其实这个状态下，B是在等待自己做完剩余的工作，然后再准备结束关闭连接。
LAST_ACK：这个状态是B在发送完FIN报文后，等待A的响应。如果接收到A的响应，则进入CLOSED状态。
TIME_WAIT：A收到了B发送的FIN报文，用ACK报文进行回复。然后等待2MSL时长后，A进入CLOSED状态。如果A在FIN_WAIT_1状态下，同时收到了B的FIN标志和ACK标志的报文，则A可以直接进入到TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态。

为什么 TIME_WAIT 状态要等待 2MSL 之后才关闭连接

2MSL表示两个MSL的时长，MSL全称为Maximum Segment Life，表示TCP 对TCP Segment 生存时间的限制。
为了保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B。这个ACK报文段有可能丢失，因而使处在LAST_ACK状态的B收不到对自己已发送的FIN+ACK报文段的确认。B会超时重传这个FIN+ACK报文段。而A就能在2MSL时间内收到这个重传的FIN+ACK报文段。接着A重传一次确认，重新启动2MSL计时器。最后A和B都正常进入到CLOSED状态。如果A在TIME_WAIT状态不等待一段时间，而是在发送完ACK报文段后立即释放连接，那么就无法收到B重传的FIN+ACK报文段，因而也不会在发送一次确认报文段。这样，B就无法按照正常步骤进入CLOSED状态。
防止已失效的连接请求报文段出现在本连接中。A在发送完最后一个ACK报文段后，在经过2MSL，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样就可以使下一个新的连接中不会出现这种旧的连接请求报文段。

为什么要四次挥手

我在《TCP三次握手简介》得出过这样一个结论：三次握手的本质是：将“四次握手”中的第二次、第三次握手合为一次，因为“四次握手”中的第二次、第三次握手都是由B向A传递报文，而且这两次发送报文的目的允许这两次报文合并为一次。那么，TCP四次挥手中的第二次、第三次挥手，能否也能合为一次呢？

答案是否定的。将TCP四次挥手中的第二次、第三次挥手，合为一次。也就是将CLOSE_WAIT状态的停留时间变为0。然而，B之所以存在CLOSE_WAIT状态，是因为B可能还存在着需要发送给A但是未发送的数据，如果存在着这些数据，那么这个状态的时间，就是用来发送这些数据的，所以，TCP四次挥手中的第二次、第三次挥手无法合并为一次。所以，也就无法实现“TCP三次挥手”。

实践(抓包分析)

接下来我们通过网络抓包的方式来了解TCP的三次握手。我这里使用的抓包软件是Wireshark。

打开Wireshark，选择需要捕获的网络。

wireshark_welcome
进入到主界面

wireshark_main
找到TCP四次挥手

wireshark_tcp_wave
观察Wireshark上部已经捕获的网络数据包列表部分，看Info部分，能找到相对连续的四列(分别显示A -> B [FIN, ACK]...、B -> A [ACK]...、B -> A [FIN, ACK]...、A -> B [ACK]...)，便是TCP的四次挥手，在找的时候，注意Source栏和Destination栏中的ip地址的相对应，以及Info栏中的端口的对应。在Wireshark直接寻找四次挥手比寻找三次挥手要难得多。再下一篇文章中，我将会展示如何快速找到一组SOCKET的握手和挥手信息。
查看第一次挥手的详情

wireshark_tcp_wave_first
查看第二次挥手的详情

wireshark_tcp_wave_second
查看第三次挥手的详情

wireshark_tcp_wave_third
查看第四次挥手的详情

wireshark_tcp_wave_fourth