计算机网络 —— 运输层（四次挥手）

我们今天来看TCP协议的四次挥手：

四次挥手

TCP的四次挥手（Four-Way Handshake）是TCP连接断开过程中的步骤，用来确保数据的可靠传输直到连接的优雅关闭。这个过程确保了双方都知道数据传输已完成，并且可以安全地释放连接资源。以下是四次挥手的具体步骤：

1. 第一次挥手（FIN）：

• 客户端打算关闭连接时，会向服务器发送一个报文段，其中FIN（Finish）标志位被置为1，表示“我不再发送数据了”。这个报文还会包含一个序列号，用于确认客户端发送的所有数据已经被确认接收。这时，客户端进入FIN_WAIT_1状态，等待服务器的确认。

2. 第二次挥手（ACK）：

• 服务器收到客户端的FIN报文后，会发送一个确认报文给客户端，其中ACK置为1，确认序列号设置为客户端FIN报文的序列号加1，表示“你的关闭请求我收到了”。同时，服务器可能还有数据要发送给客户端，所以服务器并不会立即关闭连接，而是进入CLOSE_WAIT状态。

3. 第三次挥手（FIN）：

• 当服务器不再需要向客户端发送数据时，会发送一个FIN报文给客户端，告诉客户端“我也不会再发数据了，请关闭你的连接吧”。这时服务器进入LAST_ACK状态，等待最后一个ACK的到来。

4. 第四次挥手（ACK）：

• 客户端收到服务器的FIN报文后，会发送一个ACK报文作为响应，确认序列号设置为服务器FIN报文的序列号加1。这时客户端进入TIME_WAIT状态，等待足够的时间（通常为2MSL，即两倍的最大报文生存时间）以确保最后一个ACK报文能够到达服务器，之后关闭连接。服务器收到这个ACK后，就关闭了连接。

通过这四次挥手，TCP连接得以优雅地关闭，确保了所有数据的可靠传输和资源的正确释放。

我们一个一个来梳理：

客户端到服务器的关闭

第一次挥手

第一次挥手客户端会向服务器发送TCP释放连接报文：
终止位FIN设置为1，ACK为1，注意FIN等于1的报文即使不携带报文，也会消耗序号，序号seq字段的值设为u，等于TCP客户进程端之前已经传送过的数据的最后一个字节的序号加1，ack跟seq同理。

第二次挥手

当服务器接收到客户端的TCP的释放报文，便会发送一个TCP普通确认，并进入普通等待状态：
各个字段设置如图：

这个时候服务器通知应用进程，TCP客户端要断开和自己的连接这个时候，客户端到服务器端的连接被关闭了。

服务器到客户端连接的关闭

第三次挥手

同时，服务器可能还有数据要发送给客户端，所以服务器并不会立即关闭连接，而是进入CLOSE_WAIT状态
当服务器不再需要向客户端发送数据时，会发送一个FIN报文给客户端，这时服务器进入LAST_ACK状态，等待最后一个ACK的到来：

第四次挥手

客户端收到服务器的FIN报文后，会发送一个ACK报文作为响应，确认序列号设置为服务器FIN报文的序列号加1。这时客户端进入TIME_WAIT状态，等待足够的时间（通常为2MSL，即两倍的最大报文生存时间）以确保最后一个ACK报文能够到达服务器，之后关闭连接。服务器收到这个ACK后，就关闭了连接：

举个不太恰当了例子：

想象一下，TCP的四次挥手过程就像两个人在图书馆借阅书籍后的礼貌告别过程：

1. 第一次挥手（客人说“我读完了”）：
   假设你是一个在图书馆阅读的客人（客户端），当你读完一本书后，你想离开了，于是你向图书管理员（服务器）说：“我读完了这本书。” 这就是第一次挥手，你告诉管理员你不再需要服务了（发送FIN标志）。
2. 第二次挥手（管理员说“知道了”）：
   管理员听到后，回答你说：“好的，我知道了，但请稍等，我看看是否还有其他读者需要这本书。” 这时管理员并没有立刻收回书，因为他还在等待是否有其他人对这本书感兴趣。这就是第二次挥手，管理员确认了你的请求（发送ACK标志），但保持连接开放以备不时之需。
3. 第三次挥手（管理员说“现在可以走了”）：
   过了一会儿，管理员发现确实没有其他人需要这本书，于是对你说：“好了，现在你可以离开了，我把书收回来。” 这相当于管理员也完成了他的任务，准备结束这次服务（发送FIN标志）。
4. 第四次挥手（客人说“好的，再见”）：
   你听到管理员的话，干站3分钟之后，回应道：“好的，谢谢，再见！” 这样，你和管理员之间的这次互动就圆满结束了（发送ACK标志），你安心离开，管理员也把书放回原处，准备迎接下一位读者。

通过这四次礼貌的交流，双方都确认了服务的结束，确保了资源的正确归还和流程的顺畅结束，没有留下任何未解决的事情。这就是TCP四次挥手过程的形象解释。

等待时间的必要性

等待时间是必要的，如果收到服务器的确认之后直接关闭，会有下面的问题：
这牵扯到另外一个问题，如果客户端挂了，服务器不能像傻子一样一直发确认，服务器应该有自己的标准判断客户端挂没挂：