运输层：TCP四次挥手

TCP四次挥手

四次挥手介绍
为什么第四次挥手后客户端还要等待2MSL的时间才释放连接
为什么要四次挥手，三次挥手不行吗？
如果已经建立连接，但客户端出现故障了怎么办?

四次挥手介绍

首先可以发现，数据传输结束后，客户端A和服务端B都处于ESTABLISHED状态，通信的双方都可以释放连接，也可以同时关闭连接，但是较为常见的一种情况是由客户端发起关闭请求。
第一次挥手：图中客户端A第一次挥手，发送一个长度为1的报文给服务端，里面的关键位FIN置为1，代表结束终止的意思，请求释放连接，并且起始字节序号seq为u，注意这里的seq和服务器端的seq并不一样。并且A由ESTABLISHED状态进入FIN-WAIT-1（终止状态1）。
第二次挥手：服务器B收到A的请求关闭报文之后，做出反应，确认收到了来自A的请求关闭报文，所以这里的ACK确认为1，相应的确认号u+1生效，并且本身的起始字节序号seq为v，B由ESTABLISHED状态进入CLOSE-WAIT（等待关闭）状态，A收到了来自B的确认报文后由FIN-WAIT-1（终止状态1）变为FIN-WAIT-2（终止状态2）。并且这个时候TCP连接还是处于半关闭状态，也就是B可以给A发送数据，A要接收，但是A不能给B发送数据。
第三次挥手：上面也说到了第二次挥手后TCP还是处于半关闭状态，所以等服务端B确认了没有数据再发送了，就进行第三次挥手，里面的关键字段FIN=1代表请求释放连接，ACK=1且ack=u+1代表回应收到的第一次挥手中客户端发来的起始字节序号。并且本机的起始字节序号为w，而不是v+1，因为第二次挥手到第三次挥手期间服务端B有可能给A发送了消息，已经用掉了一部分字节序号，所以这里就断开了，如果中途没有发送数据的话w=v+1，因为每次报文都是1字节的长度。然后B由CLOSE-WAIT（等待关闭）状态变为了LAST-ACK状态。客户端在收到B的第三次挥手的报文时，状态由FIN-WAIT-2（终止状态2）变为TIME-WAIT（时间等待状态）。
第四次挥手：客户端A在收到第三次挥手的报文时，就立马给服务端B发送了第四次挥手的报文，内容其实是和第二次挥手一样的，确认收到了报文，并且给出了相应正确的确认号，本机的一个报文的起始字节序列号。然后服务端B收到了第四次挥手的报文，就进入了关闭状态，客户端A在等待2MSL之后，也进入了关闭状态。

为什么第四次挥手后客户端还要等待2MSL的时间才释放连接

2MSL是报文段最长寿命时长的2倍，即报文段在TCP连接中可以存活的最长时间。
MSL（Maximum Segment Life最长报文段寿命）
一个确认报文（第四次挥手）+一个请求报文（第三次挥手）

解释：
客户端发送出ACK=1报文后，开始维护2MSL计时器，假设客户端最后发送ACK=1确认收到服务器关闭连接的报文，在网络中滞留没有到达服务器，服务器在一段时间没有收到客户端的ACK=1回复，会重发第三次挥手的连接释放报文。客户端接到此报文，重置2MSL计时器，再次向服务器发送ACK=1报文，如果直到2MSL计时器到时间都没有收到服务器重发的连接释放报文，则客户端释放TCP连接

如果此时客户端已经释放了TCP连接，没有等待2MSL的时间，则不能接到服务器重发的连接释放报文，重发的报文找不到对应的连接，如果再向服务器发送TCP连接请求，此时无法保证两次连接的端口号不同，则可能出现这样的问题：前一次的连接某些数据滞留在网络中，这些延迟数据在建立新连接后到达客户t端，由于新老连接的端口号和IP都一样，TCP协议就认为延迟数据是属于新连接的，新连接就会接收到脏数据，这样就会导致数据包混乱。

为什么要四次挥手，三次挥手不行吗？

因为TCP连接是全双工通信，即客户端、服务器都可以收发数据，则在断开连接时，需要服务器和客户端都确定对方不再发送数据。
解释：
第一次挥手，客户端向服务器发送，服务器得知客户端将不再发送数据
第二次挥手，服务器向客户端发送，客户端得知服务器已经知道客户端不再发送数据
第三次挥手，服务器向客户端发送，客户端得知服务器将不再发送数据
第四次挥手，客户端向服务器发送，服务器得知客户端已经知道服务器不再发送数据
第一、二次挥手时，服务器可能还在向客户端发送数据，所以第二次挥手和第三次挥手不能合并。

如果已经建立连接，但客户端出现故障了怎么办?

采用心跳机制保活
解释：服务器维护一个计时器，每次服务器接到客户端的请求，都会重新复位计时器，如果超过一定时间没有接收到客户端的数据，服务器会向客户端发送一个探测报文，每隔一定时间发送一次，若连续发送一定数量的探测报文没有回应的话，服务器就认为客户端出了故障，关闭连接。

参考博客：https://blog.csdn.net/qq_37348221/article/details/114572978
参考书籍：《计算机网络(第七版)》谢希仁