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2、为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？
一、TCP协议的概述
TCP协议是在TCP/IP协议模型中的运输层中很重要的一个协议、负责处理主机端口层面之间的数据传输。主要有以下特点：
1.TCP是面向链接的协议，在数据传输之前需要通过三次握手建立TCP链接，当数据传递完成之后，需要通过四次挥手进行连接释放。
2.每一条TCP通信都是两台主机和主机之间的，是点对点传输的协议。
3.TCP提供可靠的、无差错、不丢失、不重复，按序到达的服务。
4.TCP的通信双方在连接建立的任何时候都可以发送数据。TCP连接的两端都设有发送缓存和接收缓存，用来临时存放双向通信的数据。
5.面向字节流。在数据传输的过程中如果报文比较长的话TCP会进行数据分段传输，每一条分段的TCP传输信息都带有分段的序号，每一段都包含一部分字节流。接收方根据每段携带的的序号信息进行数据拼接，最终拼接出来初始的传输数据。但是在整个传输的过程中每一段TCP携带的都是被切割的字节流数据。所以说TCP是面向字节流的。
二、TCP首部格式
TCP头部有20个固定字节，选项部分长度不定，最多40个字节。
（1）源端口和目的端口：各占2个字节。端口是指传输层和应用层的服务端口。传输层的分用和复用就是通过端口实现的。
分用：在发送端，多个客户端进程公用一个传输层。
复用：在接收端，传输层会根据端口号分配给不同的应用进程。
（2）序号字段：占4个字节。范围是0—2^32-1。因为TCP是面向字节流，所以它为每一个字节进行编号。
（3）确认号：占4个字节，是期望收到下一个报文段的数据部分的第一个序号。
（4）数据偏移：占4个字节。是指TCP报文段的数据开始的部分距TCP报文段起始部分的偏移量。
（5）保留字段：占6个字节。
（6）标识符：
URG：当URG置1时，表示紧急指针有效，它告诉系统此报文段有紧急数据，应尽快传送。
ACK：ACK置1，表示确认号字段才有效。此外，TCP规定，建立连接后，传输的所有报文段的ACK都需要被置1.
PSH：当接收者收到PSH=1时，会立即把数据传输给应用程序，而不会等到缓冲区满了，再做提交。
RST：RST=1，表示TCP连接出现了严重的问题，必须释放重连。
SYN：建立连接的时候使用。
当SYN=1，ACK=0时，表示为请求连接。
当SYN=1，ACK=1时，表示为同意连接的请求应答。
FIN：FIN=1，表示请求释放连接。
（7）窗口：占2个字节，表示接受端的接收窗口的大小。用于实现流量控制。将接收端发送过去的窗口大小设置成发送端的发送窗口大小，从而控制了发送端的发送效率。
（8）校验和：用于检测发送过程中是否出现错误。
（9）紧急指针：用于标识紧急数据的尾部。
（10）选项字段：（需要掌握的几个选项）MMS—最大报文长度，实际是报文段的最大数据长度。窗口扩大因子。时间戳选项。
三、TCP建立三次连接的过程（三次握手）
TCP是一个面向连接的协议，无论哪一方向另一方发送数据之前，都必须先在双方之间建立一条连接，建立一条连接有以下过程。
（1）客户端发送一个带SYN标志的TCP报文到服务器。这是三次握手过程中的报文1。
（2） 服务器端回应客户端的，这是三次握手中的第2个报文，这个报文同时带ACK标志和SYN标志。因此它表示对刚才客户端SYN报文的回应；同时又标志SYN给客户端，询问客户端是否准备好进行数据通讯。
（3） 客户必须再次回应服务段一个ACK报文，这是报文段3。
（4）这三个报文段完成连接的建立，这个过程成为三次握手。
四、TCP终止连接过程（四次挥手）
（1）客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
（2）服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。
（3）服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
（4）服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。
五、为什么？
1、为什么建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？
这是因为服务端在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时，当收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，己方也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即close，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方ACK和FIN一般都会分开发送。
2、为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？
（1）保证TCP协议的全双工连接能够可靠关闭
如果Client直接CLOSED了，那么由于IP协议的不可靠性或者是其它网络原因，导致Server没有收到Client最后回复的ACK。那么Server就会在超时之后继续发送FIN，此时由于Client已经CLOSED了，就找不到与重发的FIN对应的连接，最后Server就会收到RST而不是ACK，Server就会以为是连接错误把问题报告给高层。这样的情况虽然不会造成数据丢失，但是却导致TCP协议不符合可靠连接的要求。所以，Client不是直接进入CLOSED，而是要保持TIME_WAIT，当再次收到FIN的时候，能够保证对方收到ACK，最后正确的关闭连接。
（2）保证这次连接的重复数据段从网络中消失
如果Client直接CLOSED，然后又再向Server发起一个新连接，我们不能保证这个新连接与刚关闭的连接的端口号是不同的。也就是说有可能新连接和老连接的端口号是相同的。一般来说不会发生什么问题，但是还是有特殊情况出现：假设新连接和已经关闭的老连接端口号是一样的，如果前一次连接的某些数据仍然滞留在网络中，这些延迟数据在建立新连接之后才到达Server，由于新连接和老连接的端口号是一样的，又因为TCP协议判断不同连接的依据是socket pair，于是，TCP协议就认为那个延迟的数据是属于新连接的，这样就和真正的新连接的数据包发生混淆了。所以TCP连接还要在TIME_WAIT状态等待2倍MSL，这样可以保证本次连接的所有数据都从网络中消失。
