一、序

當我們聊到 TCP 協議的時候，聊的最多的就是三次握手與四次揮手，但是你有沒有想過，三次握手或者四次揮手時，如果發生異常了，是如何處理的?又是由誰處理的?

前兩天的文章聊到了 TCP 的三次握手的異常情況，今天繼續聊聊四次揮手。

TCP 作為一個靠譜的協議，在傳輸數據的前后，需要在雙端之間建立連接，并在雙端各自維護連接的狀態。TCP 并沒有多么神奇，在面對著多變的網絡情況，也只能通過不斷的重傳和各種算法來保證可靠性。

當數據傳輸完成，需要斷開連接的時候，TCP 會通過四次握手來完成雙端的斷連，并回收各自的資源。那么今天就來繼續聊聊，TCP 四次揮手過程中，如果出現異常，單端跑路等問題，是如何處理的。

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二、TCP 四次揮手

1. 簡單理解四次揮手

雖然是在說四次揮手的異常情況，在此之前，我們還是先來簡單了解一下 TCP 的四次揮手。

當數據傳輸完成，需要斷開連接的時候，TCP 會采取四次揮手的方式，來安全的斷開連接。

為什么握手需要三次，而揮手需要四次呢?

本質上來說，雙端都需要經過一次「分手」的過程，來保證自己和對端的狀態正確。本著友好協商的態度，你先提出的分手，也要把最大的善意給對方，不能打了對方一個措手不及。你說不玩了就不玩了，那以后誰還敢和你玩。

下面這張圖，是比較經典的 TCP 四次揮手的消息和雙端狀態的變化。

我們解釋一下這張圖：

• 初始時雙端還都處于 ESTABLISHED 狀態并傳輸數據，某端可以主動發起「FIN」包準備斷開連接，在這里的場景下，是客戶端發起「FIN」請求。在發出「FIN」后，客戶端進入 FIN-WAIT-1 狀態。
• 服務端收到「FIN」消息后，回復「ACK」表示知道了，并從 ESTABLISHED 狀態進入 CLOSED-WAIT 狀態，開始做一些斷開連接前的準備工作。
• 客戶端收到之前「FIN」的回復「ACK」消息后，進入 FIN-WAIT-2 狀態。而當服務端做好斷開前的準備工作后，也會發送一個「FIN,ACK」的消息給客戶端，表示我也好了，請求斷開連接，并在發送消息后，服務端進入 LAST-ACK 狀態。
• 客戶端在收到「FIN,ACK」消息后，會立即回復「ACK」表示知道了，并進入 TIME_WAIT 狀態，為了穩定和安全考慮，客戶端會在 TIME-WAIT 狀態等待 2MSL 的時長，最終進入 CLOSED 狀態。
• 服務端收到客戶端回復的「ACK」消息后，直接從 LAST-ACK 狀態進入 CLOSED 狀態。

正常的經過四次揮手之后，雙端都進入 CLOSED 狀態，在此之后，雙端正式斷開了連接。

2. TCP 揮手的異常情況

四次揮手的正常發包和應答過程，我們已經簡單了解了，接下來就繼續看看，四次揮手過程中，出現的異常情況。

三次握手的正常發包和應答，以及雙端的狀態扭轉我們已經講了，接下來就來看看在這三次握手的過程中，出現的異常情況。

(1) 斷開連接的 FIN 包丟了。

我們前面一直強調過，如果一個包發出去，在一定時間內，只要沒有收到對端的「ACK」回復，均認為這個包丟了，會觸發超時重傳機制。而不會關心到底是自己發的包丟了，還是對方的「ACK」丟了。

所以在這里，如果客戶端率先發的「FIN」包丟了，或者沒有收到對端的「ACK」回復，則會觸發超時重傳，直到觸發重傳的次數，直接關閉連接。

對于服務端而言，如果客戶端發來的「FIN」沒有收到，就沒有任何感知。會在一段時間后，也關閉連接。

(2) 服務端第一次回復的 ACK 丟了。

此時因為客戶端沒有收到「ACK」應答，會嘗試重傳之前的「FIN」請求，服務端收到后，又會再重傳「ACK」。

而此時服務端已經進入 CLOSED-WAIT 狀態，開始做斷開連接前的準備工作。當準備好之后，會回復「FIN,ACK」，注意這個消息是攜帶了之前「ACK」的響應序號的。

只要這個消息沒丟，客戶端可以憑借「FIN,ACK」包中的響應序號，直接從 FIN-WAIT-1 狀態，進入 TIME-WAIT 狀態，開始長達 2MSL 的等待。

(3) 服務端發送的 FIN,ACK 丟了。

服務端在超時后會重傳，此時客戶端有兩種情況，要么處于 FIN-WAIT-2 狀態(之前的 ACK 也丟了)，會一直等待;要么處于 TIME-WAIT 狀態，會等待 2MSL 時間。

也就是說，在之后的一小段時間內客戶端還在，客戶端在收到服務端發來的「FIN,ACK」包后，也會回復一個「ACK」應答，并做自己的狀態切換。

(4) 客戶端最后回復的 ACK 丟了。

客戶端在回復「ACK」后，會進入 TIME-WAIT 狀態，并開始長達 2MSL 的等待，服務端因為沒有收到「ACK」的回復，會重試一段時間，直到服務端重試超時后主動斷開。

或者等待新的客戶端接入后，收到服務端重試的「FIN」消息后，回復「RST」消息，在收到「RST」消息后，復位服務端的狀態。

(5) 客戶端收到 ACK 后，服務端跑路了。

客戶端在收到「ACK」后，進入了 FIN-WAIT-2 狀態，等待服務端發來的「FIN」包，而如果服務端跑路了，這個包永遠都等不到。

在 TCP 協議中，是沒有對這個狀態的處理機制的。但是協議不管，系統來湊，操作系統會接管這個狀態，例如在 Linux 下，就可以通過 tcp_fin_timeout 參數，來對這個狀態設定一個超時時間。

需要注意的是，當超過 tcp_fin_timeout 的限制后，狀態并不是切換到 TIME_WAIT，而是直接進入 CLOSED 狀態。

參考：https://blog.huoding.com/2016/09/05/542

(6) 客戶端收到 ACK 后，客戶端自己跑路了。

客戶端收到「ACK」后直接跑路，服務端后續在發送的「FIN,ACK」就沒有接收端，也就不會得到回復，會不斷的走 TCP 的超時重試的機制，此時服務端處于 LAST-ACK 狀態。

那就要分 2 種情況分析：

在超過一定時間后，服務端主動斷開。

收到「RST」后，主動斷開連接。

「RST」消息是一種重置消息，表示當前錯誤了，應該回到初始的狀態。如果客戶端跑路后有新的客戶端接入，會在此發送「SYN」以期望建立連接，此時這個「SYN」將被忽略，并直接回復「FIN,ACK」消息，新客戶端在收到「FIN」消息后是不會認的，并且會回復一個「RST」消息。

三、小結時刻

今天我們聊了 TCP 在四次揮手階段出現錯誤時的一些處理策略。

大多數情況下，TCP 協議本身已經保證了可靠性，例如超時重傳，而有些時候，又需要操作系統來接管一些狀態，例如 tcp_fin_timeout 等。