TCP为什么需要四次挥手？

tcp为什么需要四次挥手？

答案有两个：

1.将发送fin包的权限交给被动断开方的应用层去处理，也就是让程序员处理

2.接第一个答案，应用层有了发送fin的权限，可以在发送fin前继续向对端发送消息

为了搞清楚这个问题，我们先要了解四次挥手的过程：

1.注意事项

• tcp四次挥手过程中没有客户端和服务端的概念，只有主动方和被动方之分
• 所有的ack包不会自动重传，如果ack包超时或丢失，通过对端重发fin来解决

2.四次挥手的开始条件

• 主动断开方调用shutdown，关闭读端
• 主动断开方调用shutdown，关闭写端
• 主动断开方调用close，关闭读端和写端
• 主动断开方程序崩溃，关闭双端，协议栈发送RST包

3.第一次挥手详解

• 主动断开方触发四个条件之一，协议栈会在内核态发送fin包
• 如果超时时间内未收到ack，协议栈会重发fin
• 如果由于程序崩溃，协议栈只发送一次RST包，进入快速关闭流程

4.第二次挥手详解

• 主动关闭方发送fin，向被动方的读缓冲区写入eof结束符，被动方收到可读事件，read返回值为0
• 被动断开方根据read返回值0判断对方请求关闭连接，但并不知道对方有没有关闭读端
• 被动断开方可以选择继续发送数据，如果对方关闭读端则数据丢失
• 直到被动断开方的应用层代码调用close或shutdown或程序崩溃，协议栈会自动发送fin或RST包

5.RST（连接重置）详解

• 协议栈发送RST是在本端tcp连接非正常断开时进行的
• 任意一方发送RST或接收到RST都会进入快速关闭流程，释放相应的资源，然后关闭连接

为什么是四次挥手？

• 如果是三次挥手，那么可能的情况是：
  • 第二次和第三次挥手合并，也就是和tcp连接的三次握手类似，被动方接收到fin后，协议栈自动发送ack+fin包
  • 三次挥手合并了第二和第三次挥手，最大的不同是：fin由协议栈自动发送，应用层没有权限控制
  • 如果使用三次挥手，那么被动方在发送fin前无法继续发送消息，而且在程序运行过程中进入tcp连接关闭流程，程序员可能并不知道tcp连接关闭的发生，这对代码逻辑有很大的挑战

以上是我个人的理解，下面是gpt-4o的解释：

为什么不能是三次挥手

1. 可靠性要求：
   • TCP协议要求每个FIN和ACK都要独立确认，以确保每一方向另一方清楚地通知了自己的关闭意图。
   • 将ACK和FIN合并在一个包里可能会导致确认过程的不可靠。如果ACK和FIN合并在一个包中，这个包丢失了，将难以确定是否是ACK还是FIN丢失，需要重新发送哪个包。
2. 流量控制和数据传输的分离：
   • 接收FIN包意味着对方已经完成数据发送，但并不意味着接收方也已经完成数据发送。
   • 被动关闭方可能在接收到FIN包后还有数据需要发送，所以它需要有时间处理和发送剩余的数据。
   • 单独的ACK包确保了被动关闭方有时间处理这些数据，而不是立即发送FIN包。
3. 避免状态混淆：
   • 四次挥手的流程清晰地分离了不同的状态：接收FIN、确认FIN、发送FIN、确认关闭。
   • 这种状态分离可以避免在不同阶段的混淆，确保每一步都清楚且明确。

例子解释

如果采用三次挥手，将第二次和第三次挥手合并，情况如下：

1. 主动关闭方发送FIN。
2. 被动关闭方接收FIN并发送ACK+FIN。
3. 主动关闭方接收ACK+FIN，发送ACK，进入TIME_WAIT。

这种情况下：

• 如果ACK+FIN包丢失，主动关闭方无法区分是ACK还是FIN丢失，需要重新发送哪个包。
• 被动关闭方在接收到FIN后立即发送ACK+FIN，可能会丢失未发送完的数据。
• 主动关闭方在接收到ACK+FIN后立即发送ACK并进入TIME_WAIT，可能会导致被动关闭方的数据传输被中断。

结论

四次挥手设计的目的是确保每个关闭步骤都得到确认，保证连接的可靠性和完整性。虽然理论上可以考虑三次挥手，但那样会增加丢包情况下的复杂性和不确定性，违背了TCP协议设计的初衷。四次挥手虽然多了一步，但提供了更高的可靠性和明确的状态分离，有助于实现稳定和可靠的连接关闭过程。
那样会增加丢包情况下的复杂性和不确定性，违背了TCP协议设计的初衷。四次挥手虽然多了一步，但提供了更高的可靠性和明确的状态分离，有助于实现稳定和可靠的连接关闭过程。

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