tcp链接中的三次挥手是什么原因

一、tcp链接中的正常四次挥手过程？

刚开始双方都处于 ESTABLISHED 状态，假如是客户端先发起关闭请求。四次挥手的过程如下：

1、客户端打算关闭连接，此时会发送一个 TCP 首部 FIN 标志位被置为 1 的报文，也即 FIN 报文，之后客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。2、接着，当服务端在 read 数据的时候，最后⾃然就会读到 EOF，接着 read() 就会返回 0，这时服务端应⽤程序如果有数据要发送的话，就发完数据后才调⽤关闭连接的函数，如果服务端应⽤程序没有数据要发送的话，可以直接调⽤关闭连接的函数，这时服务端就会发⼀个 FIN 包，这个 FIN 报⽂代表服务端不会再发送数据了，之后处于 LAST_ACK 状态；。
3、客户端收到服务端的 ACK 应答报文后，之后进入 FIN_WAIT_2 状态。
4、等待服务端处理完数据后，也向客户端发送 FIN 报文，之后服务端进入 LAST_ACK 状态。
5、客户端收到服务端的 FIN 报文后，回一个 ACK 应答报文，之后进入 TIME_WAIT 状态
6、服务端收到了 ACK 应答报文后，就进入了 CLOSE 状态，至此服务端已经完成连接的关闭。
7、客户端在经过 2MSL 一段时间后，自动进入 CLOSE 状态，至此客户端也完成连接的关闭。
你可以看到，每个方向都需要一个 FIN 和一个 ACK，因此通常被称为四次挥手。

这里一点需要注意是：主动关闭连接的，才有 TIME_WAIT 状态。

二、为什么挥手需要四次

服务器收到客户端的 FIN 报⽂时，内核会⻢上回⼀个 ACK 应答报⽂，但是服务端应⽤程序可能还有数据要发送，所以并不能⻢上发送 FIN 报⽂，⽽是将发送 FIN 报⽂的控制权交给服务端应⽤程序：

1、关闭连接时，客户端向服务端发送 FIN 时，仅仅表示客户端不再发送数据了但是还能接收数据。
2、服务端收到客户端的 FIN 报文时，先回一个 ACK 应答报文，而服务端可能还有数据需要处理和发送，等服务端不再发送数据时，才发送 FIN 报文给客户端来表示同意现在关闭连接。

从上⾯过程可知，是否要发送第三次挥⼿的控制权不在内核，⽽是在被动关闭⽅（上图的服务端）的应⽤程序，因为应⽤程序可能还有数据要发送，由应⽤程序决定什么时候调⽤关闭连接的函数，当调⽤了关闭连接的函数，内核就会发送 FIN 报⽂了，所以服务端的 ACK 和 FIN ⼀般都会分开发送。

FIN 报⽂⼀定得调⽤关闭连接的函数，才会发送吗？不一定

如果进程退出了，不管是不是正常退出，还是异常退出（如进程崩溃），内核都会发送 FIN 报⽂，与对⽅完成四次挥⼿。

三、粗暴关闭 vs 优雅关闭

前⾯介绍 TCP 四次挥⼿的时候，并没有详细介绍关闭连接的函数，其实关闭的连接的函数有两种函数：

• close 函数，同时 socket 关闭发送⽅向和读取⽅向，也就是 socket 不再有发送和接收数据的能⼒。如果有多进程/多线程共享同⼀个 socket，如果有⼀个进程调⽤了 close 关闭只是让 socket 引⽤计数-1，并不会导致 socket 不可⽤，同时也不会发出 FIN 报⽂，其他进程还是可以正常读写该 socket， 直到引⽤计数变为 0，才会发出 FIN 报⽂。
• shutdown 函数，可以指定 socket 只关闭发送⽅向⽽不关闭读取⽅向，也就是 socket 不再有发送数据的能⼒，但是还是具有接收数据的能⼒。如果有多进程/多线程共享同⼀个 socket，shutdown 则不 管引⽤计数，直接使得该socket 不可⽤，然后发出 FIN 报⽂，如果有别的进程企图使⽤该 socket， 将会受到影响。

如果客户端是⽤ close 函数来关闭连接，那么在 TCP 四次挥⼿过程中，如果收到了服务端发送的数据，由于客户端已经不再具有发送和接收数据的能⼒，所以客户端的内核会回 RST 报⽂给服务端，然后内核会释放连接，这时就不会经历完成的 TCP 四次挥⼿，所以我们常说，调⽤ close 是粗暴的关闭。

当服务端收到 RST 后，内核就会释放连接，当服务端应⽤程序再次发起读操作或者写操作时，就能感知到连接已经被释放了：

• 如果是读操作，则会返回 RST 的报错，也就是我们常⻅的Connection reset by peer。
• 如果是写操作，那么程序会产⽣ SIGPIPE 信号，应⽤层代码可以捕获并处理信号，如果不处理，则默 认情况下进程会终⽌，异常退出。

相对的，shutdown 函数因为可以指定只关闭发送⽅向⽽不关闭读取⽅向，所以即使在 TCP 四次挥⼿过程中，如果收到了服务端发送的数据，客户端也是可以正常读取到该数据的，然后就会经历完整的 TCP 四次挥⼿，所以我们常说，调⽤ shutdown 是优雅的关闭。

但是注意，shutdown 函数也可以指定「只关闭读取⽅向，⽽不关闭发送⽅向」，但是这时候内核是不会发送 FIN 报⽂的，因为发送 FIN 报⽂是意味着我⽅将不再发送任何数据，⽽ shutdown 如果指定「不关闭发送⽅向」，就意味着 socket 还有发送数据的能⼒，所以内核就不会发送 FIN。

四、什么情况会出现三次挥⼿？

当被动关闭⽅（上图的服务端）在 TCP 挥⼿过程中，「没有数据要发送」并且「开启了 TCP 延迟确认机制」，那么第⼆和第三次挥⼿就会合并传输，这样就出现了三次挥⼿。

然后因为 TCP 延迟确认机制是默认开启的，所以导致我们抓包时，看⻅三次挥⼿的次数⽐四次挥⼿还多。

什么是 TCP 延迟确认机制？

当发送没有携带数据的 ACK，它的⽹络效率也是很低的，因为它也有 40 个字节的 IP 头 和 TCP 头，但却没有携带数据报⽂。为了解决 ACK 传输效率低问题，所以就衍⽣出了 TCP 延迟确认。

TCP 延迟确认的策略：

• 当有响应数据要发送时，ACK 会随着响应数据⼀起⽴刻发送给对⽅
• 当没有响应数据要发送时，ACK 将会延迟⼀段时间，以等待是否有响应数据可以⼀起发送
• 如果在延迟等待发送 ACK 期间，对⽅的第⼆个数据报⽂⼜到达了，这时就会⽴刻发送 ACK