8-TCP 协议(断开连接)

这一篇,讨论的是著名的四次挥手。

1. 断开连接

在此之前,先看图 1,看看 TCP 是如何断开连接的.


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图1 四次挥手

图 2,仍然是之前的实验中所抓取的数据包,你可以以在 unp/protocol/data/tcp_retrans.pkt 目录下找到它。


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图2 抓取到的数据包

(1) 首先,由客户端调用 close,将这一端称为主动关闭(active close)。然后该端发送一个 FIN 段到对端。

(2) 接收到 FIN 段的服务器执行被动关闭(passive close)。接下来,接收到此 FIN 段的服务器回复 ACK 进行确认(实际上是由内核自动完成回复的),同时内核会传递一个文件结束符 EOF(放在缓冲区末尾) 给应用进程。

(3) 一段时间后……服务器端也没有数据要发送给对端了,调用 close,这导致服务器端也发送一个 FIN 段到对端。

(4) 客户端接收到 FIN 后,回复 ACK 进行确认。

上面的 4 个步骤就是著名的 4 次挥手。


注意:

  • 执行主动关闭的一方既可以是客户端,也可以是服务器,这两者之间是对等的。
  • 通常断开连接需要 4 个 TCP 段。但是有时候不一定是这样。某些情况下,步骤 1 中的 FIN 段会随着数据一起发送到对端;另一种情况,步骤 2 和步骤 3 有可能被合并成一个 TCP 段(实际抓包中,也遇到了这个情况,如图 3)。


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图3 有时候会出现三次挥手的情况

2. 为什么是四次挥手

正好图 3 中所示,完全可以三次挥手就可以断开连接,为什么还要四次挥手呢?

实际上,这是 TCP 的半关闭(half-close)特性所造成的。

因为 TCP 连接是全双工的(数据在两个方向上可以同时传递,图 4),因此每个方向就必须能够单独的关闭。就比如客户端执行了半关闭操作后,只是通知服务器它没有数据要发送了,并不代表它不能接收数据。因此,只要服务器还没有主动关闭,就能够向客户端继续发送数据。也就相当于在步骤 2 和 步骤 3 之间,服务器仍然能够向客户端发送数据。


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图4 TCP 连接是全双工的

四次挥手为被动关闭的一方提供了很大的伸缩空间,让被动关闭一方有机会继续向主动关闭一方发数据。**如果**TCP 协议标准要求步骤 2 和 步骤 3 合并成一个步骤,这种伸缩空间就没有了,也就是说只要有一端关闭了,另一方就没有机会继续发送数据。


【注意】

  • 在 Linux 编程学习笔记中讲网络编程的时候,我们关闭连接用的都是函数 close. 任何一端使用函数 close 进行关闭,实际上就直接把全双工两个方向的连接全部关闭了(图 4 中的蓝色通道和红色通道)。如果只想关闭一端,只能使用函数 shutdown 来关闭一个方向的连接。关于 shutdown 函数,将在后续文章中介绍。

  • 实际上,在图 4 中,进程 A 既可以关闭蓝色通道,也可以关闭红色通道,也可以将蓝色通道和红色通道全部关闭,这由 shutdown 的参数控制。也就是说,进程 A 既可以告诉对方我没有数据要写了,也可以告诉对方,它不想读数据了。

3. 总结

  • 掌握四次挥手过程
  • 理解为什么是四次挥手