TCP 才不傻!
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- 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_retrie
s 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!