TCP 才不傻！
时间：2021-08-19 15:09:13
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[导读]大家好，我是小林。之前收到个读者的问题，对于TCP三次握手和四次挥手的一些疑问：第一次握手，如果客户端发送的SYN一直都传不到被服务器，那么客户端是一直重发SYN到永久吗？客户端停止重发SYN的时机是什么？第三次握手，如果服务器永远不会收到ACK，服务器就永远都留在Syn-Rec...
大家好，我是小林。之前收到个读者的问题，对于 TCP 三次握手和四次挥手的一些疑问：
- 第一次握手，如果客户端发送的SYN一直都传不到被服务器，那么客户端是一直重发SYN到永久吗？客户端停止重发SYN的时机是什么？
- 第三次握手，如果服务器永远不会收到ACK，服务器就永远都留在 Syn-Recv 状态了吗？退出此状态的时机是什么？
- 第三次挥手，如果客户端永远收不到 FIN,ACK，客户端永远停留在 Fin-Wait-2状态了吗？退出此状态时机是什么时候呢？
- 第四次挥手，如果服务器永远收不到 ACK，服务器永远停留在 Last-Ack 状态了吗？退出此状态的时机是什么呢？
- 如果客户端 在 2SML内依旧没收到 FIN,ACK，会关闭链接吗？服务器那边怎么办呢，是怎么关闭链接的呢？
如果新读者还不知道小林的图解网络 PDF，可以到我公众号后台回复「图解」获取就行。不过，当时这些知识分散到了多个章节，这次就针对读者问的这一系列问题，来详细说说 TCP 是怎么处理这些异常的？这些异常场景共分为两大类，第一类是 TCP 三次握手期间的异常，第二类是 TCP 四次挥手期间的异常。
TCP 三次握手期间的异常
我们先来看看 TCP 三次握手是怎样的。第一次握手丢失了，会发生什么？
当客户端想和服务端建立 TCP 连接的时候，首先第一个发的就是 SYN 报文，然后进入到SYN_SENT 状态。在这之后，如果客户端迟迟收不到服务端的 SYN-ACK 报文（第二次握手），就会触发超时重传机制。不同版本的操作系统可能超时时间不同，有的 1 秒的，也有 3 秒的，这个超时时间是写死在内核里的，如果想要更改则需要重新编译内核，比较麻烦。当客户端在 1 秒后没收到服务端的 SYN-ACK 报文后，客户端就会重发 SYN 报文，那到底重发几次呢？在 Linux 里，客户端的 SYN 报文最大重传次数由 tcp_syn_retries内核参数控制，这个参数是可以自定义的，默认值一般是 5。通常，第一次超时重传是在 1 秒后，第二次超时重传是在 2 秒，第三次超时重传是在 4 秒后，第四次超时重传是在 8 秒后，第五次是在超时重传 16 秒后。没错，每次超时的时间是上一次的 2 倍。当第五次超时重传后，会继续等待 32 秒，如果服务端仍然没有回应 ACK，客户端就不再发送 SYN 包，然后断开 TCP 连接。所以，总耗时是 1 2 4 8 16 32=63 秒，大约 1 分钟左右。第二次握手丢失了，会发生什么？
当服务端收到客户端的第一次握手后，就会回 SYN-ACK 报文给客户端，这个就是第二次握手，此时服务端会进入SYN_RCVD 状态。第二次握手的 SYN-ACK 报文其实有两个目的 ：- 第二次握手里的 ACK， 是对第一次握手的确认报文；
- 第二次握手里的 SYN，是服务端发起建立 TCP 连接的报文；
tcp_synack_retries内核参数决定，默认值是 5。因此，当第二次握手丢失了，客户端和服务端都会重传：- 客户端会重传 SYN 报文，也就是第一次握手，最大重传次数由
tcp_syn_retries内核参数决定。； - 服务端会重传 SYN-AKC 报文，也就是第二次握手，最大重传次数由
tcp_synack_retries内核参数决定。
第三次握手丢失了，会发生什么？
客户端收到服务端的 SYN-ACK 报文后，就会给服务端回一个 ACK 报文，也就是第三次握手，此时客户端状态进入到ESTABLISH 状态。因为这个第三次握手的 ACK 是对第二次握手的 SYN 的确认报文，所以当第三次握手丢失了，如果服务端那一方迟迟收不到这个确认报文，就会触发超时重传机制，重传 SYN-ACK 报文，直到收到第三次握手，或者达到最大重传次数。注意，ACK 报文是不会有重传的，当 ACK 丢失了，就由对方重传对应的报文。TCP 四次挥手期间的异常
我们再来看看 TCP 四次挥手的过程。第一次挥手丢失了，会发生什么？
当客户端（主动关闭方）调用 close 函数后，就会向服务端发送 FIN 报文，试图与服务端断开连接，此时客户端的连接进入到FIN_WAIT_1 状态。正常情况下，如果能及时收到服务端（被动关闭方）的 ACK，则会很快变为 FIN_WAIT2 状态。如果第一次挥手丢失了，那么客户端迟迟收不到被动方的 ACK 的话，也就会触发超时重传机制，重传 FIN 报文，重发次数由 tcp_orphan_retries 参数控制。当客户端重传 FIN 报文的次数超过 tcp_orphan_retries 后，就不再发送 FIN 报文，直接进入到 close 状态。第二次挥手丢失了，会发生什么？
当服务端收到客户端的第一次挥手后，就会先回一个 ACK 确认报文，此时服务端的连接进入到CLOSE_WAIT 状态。在前面我们也提了，ACK 报文是不会重传的，所以如果服务端的第二次挥手丢失了，客户端就会触发超时重传机制，重传 FIN 报文，直到收到服务端的第二次挥手，或者达到最大的重传次数。这里提一下，当客户端收到第二次挥手，也就是收到服务端发送的 ACK 报文后，客户端就会处于 FIN_WAIT2 状态，在这个状态需要等服务端发送第三次挥手，也就是服务端的 FIN 报文。对于 close 函数关闭的连接，由于无法再发送和接收数据，所以FIN_WAIT2 状态不可以持续太久，而 tcp_fin_timeout 控制了这个状态下连接的持续时长，默认值是 60 秒。这意味着对于调用 close 关闭的连接，如果在 60 秒后还没有收到 FIN 报文，客户端（主动关闭方）的连接就会直接关闭。第三次挥手丢失了，会发生什么？
当服务端（被动关闭方）收到客户端（主动关闭方）的 FIN 报文后，内核会自动回复 ACK，同时连接处于CLOSE_WAIT 状态，顾名思义，它表示等待应用进程调用 close 函数关闭连接。此时，内核是没有权利替代进程关闭连接，必须由进程主动调用 close 函数来触发服务端发送 FIN 报文。服务端处于 CLOSE_WAIT 状态时，调用了 close 函数，内核就会发出 FIN 报文，同时连接进入 LAST_ACK 状态，等待客户端返回 ACK 来确认连接关闭。如果迟迟收不到这个 ACK，服务端就会重发 FIN 报文，重发次数仍然由 tcp_orphan_retries 参数控制，这与客户端重发 FIN 报文的重传次数控制方式是一样的。第四次挥手丢失了，会发生什么？
当客户端收到服务端的第三次挥手的 FIN 报文后，就会回 ACK 报文，也就是第四次挥手，此时客户端连接进入TIME_WAIT 状态。在 Linux 系统，TIME_WAIT 状态会持续 60 秒后才会进入关闭状态。然后，服务端（被动关闭方）没有收到 ACK 报文前，还是处于 LAST_ACK 状态。如果第四次挥手的 ACK 报文没有到达服务端，服务端就会重发 FIN 报文，重发次数仍然由前面介绍过的 tcp_orphan_retries 参数控制。是吧，TCP 聪明着很！
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