三次握手是建立连接,四次挥手是关闭连接
TCP不允许连接处于半打开状态
的时候单向传输数据。
TCP允许连接处于半关闭状态
的时候单向传输数据。
本质上是四次握手,但是在三次握手的时候,服务器把ACK
和SYN
一起发送给客户端,ack是用来打开客户端的发送通道,syn是用来打开服务器的发送通道,从而,原本是需要4次握手的,现在降为3次握手了。
四次挥手可以用netstat
看到6种状态。
主动方:先关闭连接的一方
被动方:后关闭连接的一方
服务器常常是主动关闭连接
的一方。
因为http
是单向传输协议——
服务器接收完请求才能生成响应,发送完响应后会立刻关闭TCP连接(好处是及时地释放了资源,可以为更多用户服务)
四次挥手中只有2种报文——
FIN
和ACK
。
谁发出
FIN
报文,表示它将不再发送任何数据,关闭这一方的传输通道。
ACK
报文,通知对方:你方的发送通道已经关闭。
主动方的优化
关闭连接的方式有多种——
- 不安全的方式有:内核发送
RST
报文(属于不走四次挥手,强行关闭连接)来关闭。(如果报文延迟or重复传输,会导致数据错乱) - 安全的方式:必须通过
四次挥手
,四次挥手是进程调用close
或者shutdown
函数发起的,它俩都会向对方发送FIN
报文。
主动方发送FIN报文后,如果一直收不到对方返回的ACK报文,就会重发(内核定时重发FIN
报文)。当重发的次数达到设定的上界的时候,连接就会直接关闭掉。
所以说,在性能优化上,调低重发次数就可以了。
But如果遇到了恶意攻击,FIN
报文就根本发不出去,因为TCP的2个特性——
- TCP一定要保证报文是有序发送的
-
TCP有流量控制功能,如果接收方将接收窗口设置为0,发送方就不能发送数据了。
解决恶意攻击的方案是——调整孤儿连接的最大数量
。
shutdown
函数和close
函数的不同——
不能让孤儿连接持续太久
TIME_WAIT
状态的保持(60s)是可以避免数据错乱的。因为被动方如果一直没收到ACK
报文,会一直重发FIN
报文。新连接可能会被这个重发的FIN
报文错误关闭,所以需要保持一段时间的TIME_WAIT
。
保持的时间是60s
的原因是这样的——
和2MSL有关系。
TIME_WAIT
状态的存在也会消耗系统资源
。因为TIME_WAIT
状态的端口
就无法供新连接使用。
所以为了节省资源,我们也要设定TIME_WAIT
的连接数量。
但是如果并发很多,那么同时
处于TIME_WAIT的连接数量也会变多,这个时候就需要增大TIME_WAIT的连接数量
,从而减少不同的连接之间数据错乱的概率
。
但是内存有限,不能不断增加TW的数量,因此可以让新连接复用
TW状态的端口。
被动方的优化
当被动方处于CLOSE_WAIT
状态的时候,连接已经处于半关闭
状态了,所以进程如果想要关闭连接,只能调用close函数。
被动方也要发送FIN报文,如果一直等不到ACK报文,内核就会一直重发FIN报文(这点和主动方重发是一样的策略)
因为被动方发送FIN报文
是在调用close函数后,如果调用close函数的速度很快,那么被动方就可能同时发送ACK+FIN报文,这样四次握手就变成了三次握手(特殊情况)
还有一种很神奇的特例——连接双方同时关闭连接。
这种情况发生的时候,两方都会认为自己是主动方
,所以都会进入FIN_WAIT1的状态,FIN报文的重发次数还是有参数可以控制。
因为双方发送FIN后,都在等待ACK,但是都等来了FIN报文,所以会有一个新的状态CLOSING,替代了原先的FIN_WAIT2。
那么这个时候,内核(双方)会回复ACK确认对方发送通道是否关闭,因为一直收不到ACK,所以CLOSING状态会在重发FIN
报文的情况下关闭。
总结
- 我们谈到的优化,本质上是从主动方和连接方的连接状态来调整系统参数,从而可以在特定的情况下,及时的释放资源,节省资源。
- 主动方为了处理丢包的情况,可以在一个上限内重发FIN报文。
- 孤儿连接的数量太多也会占用系统资源,所以要给孤儿连接的数量设定一个上限,超过这个上限的时候,连接就会直接释放。
- 因为TIME_WAIT状态也会持续60s,为了防止TW占用太多的资源,也要设定TW连接的数量,超过的时候也会直接释放TW连接。除了直接释放,也可以通过设置参数让新连接复用TW状态的端口。
- 提升TCP的性能,需要观察连接状态,比如,出现大量的CLOSE_WAIT状态的连接的时候,应该从代码中找问题。
- 当被动方发送FIN报文后,在等ACK的时候,也要控制
重发FIN报文的次数
。