TCP四次分手中,主动关闭方最后为什么要等待2MSL之后才关闭连接?

为什么不是收到Fin,发送ACK之后立即就关闭连接呢?
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和TCP三次同步握手不一样的是,TCP关闭连接用四次握手来实现,即A--->B Fin, B--->A ACK, B--->A Fin, A--->B ACK,为什么要这样?


A--->B Fin, B--->A ACK ,A属于主动关闭方,收到B的ACK后,A到B的方向连接关闭,即half shutown ,这时A不能再发送数据了。


这种状态下B还是可以单向发送数据的,B的数据发送完毕,也做关闭动作了:


B--->A Fin, A--->B ACK



B收到ACK,关闭连接。但是A无法知道ACK是否已经到达B,于是开始等待?等待什么呢?假如ACK没有到达B,B会为FIN这个消息超时重传 timeout retransmit ,那如果A等待时间足够,又收到FIN消息,说明ACK没有到达B,于是再发送ACK,直到在足够的时间内没有收到FIN,说明ACK成功到达。这个等待时间至少是:B的timeout + FIN的传输时间,为了保证可靠,采用更加保守的等待时间2MSL。

MSL,Maximum Segment Life,这是TCP 对TCP Segment 生存时间的限制。

TTL, Time To Live ,IP对IP Datagram 生存时间的限制,255 秒,所以 MSL一般 = TTL = 255秒

A发出ACK,等待ACK到达对方的超时时间 MSL,等待FIN的超时重传,也是MSL,所以如果2MSL时间内没有收到FIN,说明对方安全收到FIN。

需要 TIME-WAIT 状态,主要是两个原因:

  • 防止具有相同「四元组」的「旧」数据包被收到;
  • 保证「被动关闭连接」的一方能被正确的关闭,即保证最后的 ACK 能让被动关闭方接收,从而帮助其正常关闭;

原因一:防止旧连接的数据包

假设 TIME-WAIT 没有等待时间或时间过短,被延迟的数据包抵达后会发生什么呢?

  • 如上图黄色框框服务端在关闭连接之前发送的 SEQ = 301 报文,被网络延迟了。
  • 这时有相同端口的 TCP 连接被复用后,被延迟的 SEQ = 301 抵达了客户端,那么客户端是有可能正常接收这个过期的报文,这就会产生数据错乱等严重的问题。

所以,TCP 就设计出了这么一个机制,经过 2MSL 这个时间,足以让两个方向上的数据包都被丢弃,使得原来连接的数据包在网络中都自然消失,再出现的数据包一定都是新建立连接所产生的。

原因二:保证连接正确关闭

在 RFC 793 指出 TIME-WAIT 另一个重要的作用是:

TIME-WAIT - represents waiting for enough time to pass to be sure the remote TCP received the acknowledgment of its connection termination request.

也就是说,TIME-WAIT 作用是等待足够的时间以确保最后的 ACK 能让被动关闭方接收,从而帮助其正常关闭。

假设 TIME-WAIT 没有等待时间或时间过短,断开连接会造成什么问题呢?

  • 如上图红色框框客户端四次挥手的最后一个 ACK 报文如果在网络中被丢失了,此时如果客户端 TIME-WAIT 过短或没有,则就直接进入了 CLOSED 状态了,那么服务端则会一直处在 LASE_ACK 状态。
  • 当客户端发起建立连接的 SYN 请求报文后,服务端会发送 RST 报文给客户端,连接建立的过程就会被终止。

如果 TIME-WAIT 等待足够长的情况就会遇到两种情况:

  • 服务端正常收到四次挥手的最后一个 ACK 报文,则服务端正常关闭连接。
  • 服务端没有收到四次挥手的最后一个 ACK 报文时,则会重发 FIN 关闭连接报文并等待新的 ACK 报文。

所以客户端在 TIME-WAIT 状态等待 2MSL 时间后,就可以保证双方的连接都可以正常的关闭。

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