TCP之TIME_WAIT状态原理

IME_WAIT状态原理
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通信双方建立TCP连接后，主动关闭连接的一方就会进入TIME_WAIT状态。

客户端主动关闭连接时，会发送最后一个ack后，然后会进入TIME_WAIT状态，再停留2个MSL时间(后有MSL的解释)，进入CLOSED状态。

下图是以客户端主动关闭连接为例，说明这一过程的。



TIME_WAIT状态存在的理由

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TCP/IP协议就是这样设计的，是不可避免的。主要有两个原因:

1）可靠地实现TCP全双工连接的终止

TCP协议在关闭连接的四次握手过程中，最终的ACK是由主动关闭连接的一端（后面统称A端）发出的，如果这个ACK丢失，对方（后面统称B端）将重发出最终的FIN，因此A端必须维护状态信息（TIME_WAIT）允许它重发最终的ACK。如果A端不维持TIME_WAIT状态，而是处于CLOSED 状态，那么A端将响应RST分节，B端收到后将此分节解释成一个错误（在java中会抛出connection reset的SocketException)。

因而，要实现TCP全双工连接的正常终止，必须处理终止过程中四个分节任何一个分节的丢失情况，主动关闭连接的A端必须维持TIME_WAIT状态 。



2）允许老的重复分节在网络中消逝

TCP分节可能由于路由器异常而“迷途”，在迷途期间，TCP发送端可能因确认超时而重发这个分节，迷途的分节在路由器修复后也会被送到最终目的地，这个迟到的迷途分节到达时可能会引起问题。在关闭“前一个连接”之后，马上又重新建立起一个相同的IP和端口之间的“新连接”，“前一个连接”的迷途重复分组在“前一个连接”终止后到达，而被“新连接”收到了。为了避免这个情况，TCP协议不允许处于TIME_WAIT状态的连接启动一个新的可用连接，因为TIME_WAIT状态持续2MSL，就可以保证当成功建立一个新TCP连接的时候，来自旧连接重复分组已经在网络中消逝。

MSL时间

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MSL就是maximum segment lifetime(最大分节生命期），这是一个IP数据包能在互联网上生存的最长时间，超过这个时间IP数据包将在网络中消失 。MSL在RFC 1122上建议是2分钟，而源自berkeley的TCP实现传统上使用30秒。



TIME_WAIT状态维持时间

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TIME_WAIT状态维持时间是两个MSL时间长度，也就是在1-4分钟。Windows操作系统就是4分钟。



Q: 编写 TCP/SOCK_STREAM 服务程序时，SO_REUSEADDR到底什么意思？



A: 这个套接字选项通知内核，如果端口忙，但TCP状态位于 TIME_WAIT ，可以重用

端口。如果端口忙，而TCP状态位于其他状态，重用端口时依旧得到一个错误信息，

指明"地址已经使用中"。如果你的服务程序停止后想立即重启，而新套接字依旧

使用同一端口，此时 SO_REUSEADDR 选项非常有用。必须意识到，此时任何非期

望数据到达，都可能导致服务程序反应混乱，不过这只是一种可能，事实上很不

可能。



一个套接字由相关五元组构成，协议、本地地址、本地端口、远程地址、远程端

口。SO_REUSEADDR 仅仅表示可以重用本地本地地址、本地端口，整个相关五元组

还是唯一确定的。所以，重启后的服务程序有可能收到非期望数据。必须慎重使

用 SO_REUSEADDR 选项。