TCP 连接断开

1：TCP 四次挥手过程是怎样的？
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。
服务端收到该报文后，就向客户端发送 ACK 应答报文，接着服务端进入 CLOSE_WAIT 状态。
客户端收到服务端的 ACK 应答报文后，之后进入 FIN_WAIT_2 状态。
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。
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
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。
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。

 

2：为什么挥手需要四次？
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。
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，服务端通常需要等待完成数据的发送和处理，所以服务端的 ACK 和 FIN 一般都会分开发送，因此是需要四次挥手。
但是在特定情况下，四次挥手是可以变成三次挥手的

3：第一次挥手丢失了，会发生什么？
当客户端超时重传 3 次 FIN 报文后，由于 tcp_orphan_retries 为 3，已达到最大重传次数，于是再等待一段时间（时间为上一次超时时间的 2 倍），如果还是没能收到服务端的第二次挥手（ACK报文），那么客户端就会断开连接。

4：第二次挥手丢失了，会发生什么？
当客户端超时重传 2 次 FIN 报文后，由于 tcp_orphan_retries 为 2，已达到最大重传次数，于是再等待一段时间（时间为上一次超时时间的 2 倍），如果还是没能收到服务端的第二次挥手（ACK 报文），那么客户端就会断开连接。
注意：客户端收到服务端的ACK应答报文后，之后进入FIN_WAIT_2状态，并且使用的是shutdown函数(只关闭发送方向，而接收方向并没有关闭)关闭连接，而不是close，并且一直没有没收到第三次挥手，那么主动关闭方的连接将会一直处于 FIN_WAIT2 状态（tcp_fin_timeout 无法控制 shutdown 关闭的连接）

5：第三次挥手丢失了，会发生什么？
当服务端重传第三次挥手报文的次数达到了 3 次后，由于 tcp_orphan_retries 为 3，达到了重传最大次数，于是再等待一段时间（时间为上一次超时时间的 2 倍），如果还是没能收到客户端的第四次挥手（ACK报文），那么服务端就会断开连接。
客户端因为是通过 close 函数关闭连接的，处于 FIN_WAIT_2 状态是有时长限制的，如果 tcp_fin_timeout 时间内还是没能收到服务端的第三次挥手（FIN 报文），那么客户端就会断开连接

6：第四次挥手丢失了，会发生什么？
当服务端重传第三次挥手报文达到 2 时，由于 tcp_orphan_retries 为 2， 达到了最大重传次数，于是再等待一段时间（时间为上一次超时时间的 2 倍），如果还是没能收到客户端的第四次挥手（ACK 报文），那么服务端就会断开连接。
客户端在收到第三次挥手后，就会进入 TIME_WAIT 状态，开启时长为 2MSL 的定时器，如果途中再次收到第三次挥手（FIN 报文）后，就会重置定时器，当等待 2MSL 时长后，客户端就会断开连接

7：为什么 TIME_WAIT 等待的时间是 2MSL？
MSL 是 Maximum Segment Lifetime，报文最大生存时间，MSL 与 TTL 的区别： MSL 的单位是时间，而 TTL 是经过路由跳数。所以 MSL 应该要大于等于 TTL 消耗为 0 的时间，以确保报文已被自然消亡。
TTL 的值一般是 64，Linux 将 MSL 设置为 30 秒，意味着 Linux 认为数据报文经过 64 个路由器的时间不会超过 30 秒，如果超过了，就认为报文已经消失在网络中了。
TIME_WAIT 等待 2 倍的 MSL，比较合理的解释是：一来一回需要等待 2 倍的时间。
2MSL 的时间是从客户端接收到 FIN 后发送 ACK 开始计时的
Linux 系统内核代码里的名称为 TCP_TIMEWAIT_LEN：如果要修改 TIME_WAIT 的时间长度，只能修改 Linux 内核代码里 TCP_TIMEWAIT_LEN 的值，并重新编译 Linux 内核。

8：为什么需要 TIME_WAIT 状态？TIME_WAIT 过多有什么危害？
防止历史连接中的数据，被后面相同四元组的连接错误的接收；保证「被动关闭连接」的一方，能被正确的关闭；
过多的 TIME-WAIT 状态主要的危害有两种：
第一是占用系统资源，比如文件描述符、内存资源、CPU 资源、线程资源等；
第二是占用端口资源，端口资源也是有限的，一般可以开启的端口为 32768～61000，也可以通过 net.ipv4.ip_local_port_range参数指定范围。

8：如何优化 TIME_WAIT？
这里给出优化 TIME-WAIT 的几个方式，都是有利有弊：
打开 net.ipv4.tcp_tw_reuse 和 net.ipv4.tcp_timestamps 选项；（复用处于 TIME_WAIT 的 socket 为新的连接所用。）
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets；（当系统中处于 TIME_WAIT 的连接一旦超过这个值时，系统就会将后面的 TIME_WAIT 连接状态重置）
程序中使用 SO_LINGER ，应用强制使用 RST 关闭。

9：服务器出现大量 TIME_WAIT 状态的原因有哪些？服务器出现大量 CLOSE_WAIT 状态的原因有哪些？（通常都是代码的问题，没有调用 close）
第一个场景：HTTP 没有使用长连接
第二个场景：HTTP 长连接超时
第三个场景：HTTP 长连接的请求数量达到上限

10：如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？（TCP保活机制）

11：如果已经建立了连接，但是服务端的进程崩溃会发生什么？
TCP 的连接信息是由内核维护的，所以当服务端的进程崩溃后，内核需要回收该进程的所有 TCP 连接资源，于是内核会发送第一次挥手 FIN 报文，后续的挥手过程也都是在内核完成，并不需要进程的参与，所以即使服务端的进程退出了，还是能与客户端完成 TCP 四次挥手的过程。