详解TCP四次挥手（断开TCP连接过程）

在讲述TCP四次挥手，即断开TCP连接的过程之前，需要先介绍一下TCP协议的包结构。

TCP协议包结构：

这里只对涉及到四次挥手过程的字段做解释

（1） 序号（Sequence number）

我们通过 TCP 协议将数据发送给对方，就比如 hellotcp，这一串字节流，假设被拆分成了三个 TCP 报文段，第一个报文段携带了 hel，第二个报文段携带了 lot，第三个报文段携带了 cp，这三个报文段不一定是按照顺序送到对端的，那么对端收到这三个段是如何确定他们的顺序的呢？此时序号的意义就体现在这里。

TCP 连接中，为传送的字节流（数据）中的每一个字节按顺序编号。也就是说，在一次 TCP 连接建立的开始，到 TCP 连接的断开，你要传输的所有数据的每一个字节都要编号。这个序号称为字节序号。

举个例子：如果一个 TCP 报文段的序号为 101，它携带了 50 字节的数据，就表示这 50个字节的数据的字节序号范围是 [101, 150]，该报文段携带的第一个字节序号是 101，最后一个字节序号是 150。

（2） 确认号（Acknowledge number）

TCP传输的对端通过回复一个确认号，来表示确认已经接收到了某个 TCP 段。

举个例子：比如之前发送方发送的序号为 101 的 TCP 段，这个段携带了 50 字节数据，则接收方应当回复的确认号是 151，它表示接收方已经收到了字节序号为150之前的数据，现在期望你发送字节序号为 151 以及以后的数据。

（3）ACK

是一个TCP协议报文中的标志比特位，如果置1表示这个报文段是一个回复确认报文。

注意：为了防止混淆确认号与ACK，一般确认号写作ack，而ACK就写为ACK。

（4）FIN

同样是一个TCP协议报文中的标志比特位，如果置1表示该报文段用来断开TCP连接。

介绍完TCP协议报文的一些基本字段，我们可以来叙述TCP四次挥手的过程了。

TCP四次挥手流程图：

数据传输结束后，通信的双方都可以释放连接。现在A和B都处于ESTABLISHED状态。

（1）第一次挥手

A的应用程序先向其TCP发出连接释放报文段，并停止发送数据，主动关闭TCP连接。A把连接释放报文段首部的FIN置1，其序号seq=x。这时A进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态，等待B的确认（请注意：TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，它也要消耗一个序号）。

（2）第二次挥手

B收到连接释放报文段后即发出确认，确认号是ack=x+1，序号为seq=y。然后B就进入CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器进程这时应通知高层进程，因而从A到B这个方向的连接就释放了，这时的TCP连接处于半关闭状态，即A已经没有数据要发送了，但B若发送数据，A仍要接收。也就是说，从B到A这个方向的连接并未关闭。这个状态可能会持续一些时间。

A收到来自B的确认后，就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待B发出的连接释放报文段。

（3）第三次挥手

若B已经没有要向A发送的数据，其应用进程就通知TCP释放连接。这时B发出的连接释放报文段需要置FIN=1。现假定B的序号为z（在半关闭状态B可能又发送了一些数据）。B还必须重复上次已发送过的确认号ack=x+1。这时B就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待A的确认。

（4）第四次挥手

A在收到B的连接释放报文段后，必须对此发出确认。在确认报文段中把ACK置1，确认号ack=z+1，而自己的序号是seq=u+1（根据TCP标准，前面发送过的FIN报文段要消耗一个序号）。然后进入到TIME-WAIT（时间等待）状态（请注意：现在TCP连接还没有释放掉。必须经过时间等待计时器设置的时间2MSL（MSL：最长报文段寿命）后，A才进入到CLOSED状态）。

常见面试问题一：为什么是四次握手，不能是三次握手吗？

答：与之前需要三次握手的原因类似，如果只是三次挥手，那就相当于服务器端发送完第三次挥手的报文后直接进入CLOSED（关闭）状态，假如此时网络出现问题，丢失了第三次挥手的报文，相当于客户端没有收到，那他依旧认为连接没有结束，在一段时间没有收到第二次ACK应答报文后，他会重新发送请求断开连接的报文，但是服务器端已经关闭，不会再接收报文，又形成了类似死锁的情况。

常见面试题二：为什么有CLOSE-WAIT状态？

答：因为服务器端收到断开TCP连接请求时，有可能还有数据没有向客户端发送完毕，需要一段时间来把所有信息传输完毕。

常见面试题三：为什么有TIME-WAIT状态？

答：假设客户端发送完第四次挥手的报文后，直接进入CLOSED（关闭）状态。那么假设此时网络出现问题，报文丢失，那么因为服务器端收不到第四次挥手的ACK报文段，所以认为此时TCP连接还没有断开。然后重发ACK+FIN报文段，但此时客户端已经关闭与其的TCP连接，肯定不会再接收该报文，这样会浪费大量资源。

常见面试题四：什么情况下会出现大量的TIME-WAIT状态？该怎么解决？

答：在高并发且短连接的通信情况下，服务器会出现大量TIME-WAIT状态，这占用了大量的socket，会影响服务器的正常通信服务。

解决方法：

• （1）降低time_wait的时限。
• （2）设置中允许重用time_wait的socket。
• （3）设置快速回收time_wait的socket