TCP为什么需要四次挥手?

tcp为什么需要四次挥手?

答案有两个:

1.将发送fin包的权限交给被动断开发的应用层去处理,也就是让程序员处理

2.接第一个答案,应用层有了发送fin的权限,可以在发送fin前继续向对端发送消息

为了搞清楚这个问题,我们先要了解四次挥手的过程:

1.注意事项

  • tcp四次挥手过程中没有客户端和服务端的概念,只有主动方和被动方之分
  • 所有的ack包不会自动重传,如果ack包超时或丢失,通过对端重发fin来解决

2.四次挥手的开始条件

  • 主动断开方调用shutdown,关闭读端
  • 主动断开方调用shutdown,关闭写端
  • 主动断开放调用close,关闭读端和写端
  • 主动断开放程序崩溃,关闭双端,协议栈发送RST包

3.第一次挥手详解

  • 主动断开放触发四个条件之一,协议栈会在内核态发送fin包
  • 如果超时时间内未收到ack,协议栈会重发fin
  • 如果由于程序崩溃,协议栈只发送一次RST包,进入快速关闭流程

4.第二次挥手详解

  • 主动关闭方发送fin,向被动方的读缓冲区写入eof结束符,被动方收到可读事件,read返回值为0
  • 被动断开方根据read返回值0判断对方请求关闭连接,但并不知道对方有没有关闭读端
  • 被动断开方可以选择继续发送数据,如果对方关闭读端则数据丢失
  • 直到被动断开放的应用层代码调用close或shutdown或程序崩溃,协议栈会自动发送fin或RST包

5.RST(连接重置)详解

  • 协议栈发送RST是在本端tcp连接非正常断开时进行的
  • 任意一方发送RST或接收到RST都会进入快速关闭流程,释放相应的资源,然后关闭连接

为什么是四次挥手?

  • 如果是三次挥手,那么可能的情况是:
    • 第二次和第三次挥手合并,也就是和tcp连接的三次挥手类似,被动方接收到fin后,协议栈自动发送ack+fin包
    • 三次挥手合并了第二和第三次挥手,最大的不同是:fin由协议栈自动发送,应用层没有权限控制
    • 如果使用三次挥手,那么被动方在发送fin前无法继续发送消息,而且在程序运行过程中进入tcp连接关闭流程,程序员可能并不知道tcp连接关闭的发生,这对代码逻辑有很大的挑战
以上是我个人的理解,下面是gpt-4o的解释:

为什么不能是三次挥手

  1. 可靠性要求
    • TCP协议要求每个FIN和ACK都要独立确认,以确保每一方向另一方清楚地通知了自己的关闭意图。
    • 将ACK和FIN合并在一个包里可能会导致确认过程的不可靠。如果ACK和FIN合并在一个包中,这个包丢失了,将难以确定是否是ACK还是FIN丢失,需要重新发送哪个包。
  2. 流量控制和数据传输的分离
    • 接收FIN包意味着对方已经完成数据发送,但并不意味着接收方也已经完成数据发送。
    • 被动关闭方可能在接收到FIN包后还有数据需要发送,所以它需要有时间处理和发送剩余的数据。
    • 单独的ACK包确保了被动关闭方有时间处理这些数据,而不是立即发送FIN包。
  3. 避免状态混淆
    • 四次挥手的流程清晰地分离了不同的状态:接收FIN、确认FIN、发送FIN、确认关闭。
    • 这种状态分离可以避免在不同阶段的混淆,确保每一步都清楚且明确。

例子解释

如果采用三次挥手,将第二次和第三次挥手合并,情况如下:

  1. 主动关闭方发送FIN。
  2. 被动关闭方接收FIN并发送ACK+FIN。
  3. 主动关闭方接收ACK+FIN,发送ACK,进入TIME_WAIT。

这种情况下:

  • 如果ACK+FIN包丢失,主动关闭方无法区分是ACK还是FIN丢失,需要重新发送哪个包。
  • 被动关闭方在接收到FIN后立即发送ACK+FIN,可能会丢失未发送完的数据。
  • 主动关闭方在接收到ACK+FIN后立即发送ACK并进入TIME_WAIT,可能会导致被动关闭方的数据传输被中断。

结论

四次挥手设计的目的是确保每个关闭步骤都得到确认,保证连接的可靠性和完整性。虽然理论上可以考虑三次挥手,但那样会增加丢包情况下的复杂性和不确定性,违背了TCP协议设计的初衷。四次挥手虽然多了一步,但提供了更高的可靠性和明确的状态分离,有助于实现稳定和可靠的连接关闭过程。

那样会增加丢包情况下的复杂性和不确定性,违背了TCP协议设计的初衷。四次挥手虽然多了一步,但提供了更高的可靠性和明确的状态分离,有助于实现稳定和可靠的连接关闭过程。

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