TCP连接建立与断开

七层协议

其中TCP处理transport层，主要是用来建立可靠的连接。 而建立连接的基础，是他丰富的报文内容(md~超级多).我们先来解释一下。 首先，我们TCP3次握手用的报文就是绿色的"TCP Flags"内容。 通过发送ACK，SYN包实现。具体涉及的Tag详见:

• Source Port / Destination Port:这个就是客户端口(源端口)和服务器端口（目的端口）. 端口就是用来区别主机中的不同进程，通过结合源IP和目的IP结合，得出唯一的TCP连接。
• Sequence Number(seqNumber): 一般由 客户端发送，用来表示报文段中第一个数据字节在数据流中的序号，主要用来解决网络包乱序的问题。
• Acknowledgment Number(ACK): 即就是用来存放客户端发来的seqNumber的下一个信号(seqNumber+1). 只有当 TCP flags中的ACK为1时才有效. 主要是用来解决不丢包的问题。
• TCP flags: TCP中有6个首部，用来控制TCP连接的状态.取值为0,1.这6个有:URG，ACK，PSH，RST，SYN，FIN.
  • URG 当为1时，用来保证TCP连接不被中断, 并且将该次TCP内容数据的紧急程度提升(就是告诉电脑，你丫赶快把这个给resolve了)
  • ACK 通常是服务器端返回的。 用来表示应答是否有效。 1为有效，0为无效
  • PSH 表示，当数据包得到后，立马给应用程序使用(PUSH到最顶端)
  • RST 用来确保TCP连接的安全。 该flag用来表示 一个连接复位的请求。 如果发生错误连接，则reset一次，重新连。当然也可以用来拒绝非法数据包。
  • SYN 同步的意思,通常是由客户端发送，用来建立连接的。第一次握手时: SYN:1 , ACK:0. 第二次握手时: SYN:1 ACK:1
  • FIN 用来表示是否结束该次TCP连接。 通常当你的数据发送完后，会自动带上FIN 然后断开连接

TCP 3次握手

网络传输示意图

• 第一次握手. 客户端向服务器发送一个SYN包，并且添加上seqNumber(假设为x),然后进入SYN_SEND状态，并且等待服务器的确认。
• 第二次握手: 服务器接受SYN包，并且进行确认，如果该请求有效，则将TCP flags中的ACK 标志位置1， 然后将AckNumber置为(seqNumber+1)，并且再添加上自己的seqNumber(y), 完成后，返回给客户端.服务器进入SYN_RECV状态.(这里服务端是发送SYN+ACK包)
• 第三次握手 客户端接受ACK+SYN报文后，获取到服务器发送AckNumber(y), 并且 将新头部的AckNumber变为(y+1).然后发送给服务器，完成TCP3次连接。此时服务器和客户端都进入ESTABLISHED状态.

假如是2次的话， 可能会出现这样一个情况。

• 当客户端发送一次请求A后，但是A在网络延迟了很久， 接着客户端又发送了一次B，但是此时A已经无效了。 接着服务器相应了B，并返回TCP连接头，建立连接(这里就2次哈)。 然后，A 历经千山万水终于到服务器了， 服务器一看有请求来了，则接受，由于一开始A带着的TCP格式都是正确的，那么服务器，理所应当的也返回成功连接的flag，但是，此时客户端已经判断该次请求无效，废弃了。 然后服务器，就这么一直挂着(浪费资源)，造成的一个问题是，md, 这个锅是谁的？ 所以，为了保险起见，再补充一次连接就可以了。所以3次是最合适的。在Chinese中，以3为起称为多，如果你用4，5，6，7，8...次的话，这不更浪费吗？

TCP4次挥手

四次挥手

• 第一次挥手: A机感觉此时如果keep-alive比较浪费资源，则他提出了分手的请求。设置SeqNumber和AckNumber之后，向B机发送FIN包, 表示我这已经没有数据给你了。然后A机进入FIN_WAIT_1状态
• 第二次挥手:B机收到了A机的FIN包，已经知道了A机没有数据再发送了。此时B机会给A机发送一个ACK包，并且将AckNumber 变为 A机传输来的SeqNumber+1. 当A机接受到之后，则变为FIN_WAIT_2状态。表示已经得到B机的许可，可以进行关闭操作。不过此时，B机还是可以向A机发送请求的。
• 第三次挥手 B机向A机发送FIN包，请求关闭，相当于告诉A机，我这里也没有你要的数据了。然后B机进入CLOSE_WAIT状态.（这里还需要带上SeqNumber，大家看图说话就可以了）
• 第四次挥手 A机接收到B机的FIN包之后，然后同样，发送一个ACK包给B机。 B机接受到之后，就断开了。 而A机 会等待2MSL之后，如果没有回复，确保服务器端确实是关闭了。然后A机也可以关闭连接。A,B都进入了CLOSE状态.

2MSL=2*MSL. 而MSL其实就是Maximum Segment Lifetime，中文意思就是报文最大生存时间。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。 同样上面的TIME_WAT状态其实也就是2MSL状态。 如果超过改时间，则会将该报文废弃，然后直接进入CLOSED状态.

常见瓶颈
TCP网络应用出问题，十有八九是以下两种情况：

• 主动关闭连接方出现大量TIME_WAIT状态。

• 被动关闭连接方出现大量CLOSE_WAIT状态

• 主动关闭方在关闭连接后，需要发送ACK，假设ACK丢失了，被动关闭一方会重发它的FIN。主动关闭方必须维持一个有效状态信息（TIMEWAIT状态下维持），以便能够重发ACK。如果主动关闭的socket不维持这种状态而进入CLOSED状态，那么主动关闭的socket在处于CLOSED状态时，接收到FIN后将会响应一个RST。被动关闭一方接收到RST后会认为出错了。这就是为什么socket在关闭后，仍然处于TIME_WAIT状态的第一个原因，因为它要等待以便重发ACK。第二个原因是确保连接复用时没有残存的数据。TCP不允许新连接复用TIME_WAIT状态下的socket。处于TIME_WAIT状态的socket在等待两倍的MSL时间以后，将会转变为CLOSED状态，此时通道内不会存在残存数据。
  应用程序无法解决TIME_WAIT问题，我想了一个甩锅的办法是让客户端断开连接，因为谁主动断开谁面临TIMEWAIT。

• CLOSE_WAIT需要重点关注。被动关闭方在发送ACK以后会处于CLOSE_WAIT状态，此时只要调用close方法就会发送FIN包，脱离CLOSE_WAIT状态。