设置TIME_WAIT的原因

相信大家对tcp的三次握手和四次挥手的过程已经非常熟悉了，但是对于四次挥手来说，有个问题一直困扰着我，那就是为什么在server端发送LAST_ACK之后，还要等待TIME_WAIT时间呢？原因有二：

一、保证TCP协议的全双工连接能够可靠关闭

二、保证这次连接的重复数据段从网络中消失

先说第一点，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。

再说第二点，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。

TIME_WAIT为什么是2MSL

要了解这个问题，我们要先了解另外一个问题，那就是什么是MSL

什么是MSL

MSL是报文最大生存时间（Maximum Segment Lifetime）的缩写，指任何报文在网络上存在的最长时间。超过这个时间，报文将被丢弃。这个参数在TCP协议中尤为重要，用于确保数据传输的可靠性和网络资源的有效利用。

TIME_WAIT为什么是2MSL

搞懂什么是MSL后，TIME_WAIT为什么设置成2MSL也就比较简单了：

• 确保ACK报文到达：在TCP四次挥手过程中，主动关闭方发送完最后一个ACK报文后进入TIME_WAIT状态。如果这个ACK报文丢失，被动关闭方会超时重传FIN报文。等待2MSL的时间可以确保主动关闭方有足够的时间收到并重传这个ACK报文，从而确保连接的可靠关闭。
• 防止旧报文干扰新连接：在TCP网络中，可能存在由于网络延迟等原因而延迟到达的报文段。如果新旧连接具有相同的四元组（源IP地址、目标IP地址、源端口、目标端口），旧连接的报文段可能会在新连接建立后被误收，导致数据混淆。等待2MSL的时间可以确保旧连接的所有报文段在网络中都已消失或被丢弃，从而避免它们对新连接的干扰。
• 确保数据传输的完整性：在TIME_WAIT状态期间，主动关闭方可以确保所有已发送的数据包都被接收方确认，从而确保数据传输的完整性。这是TCP协议可靠性的一个重要体现。等待2MSL的时间可以确保所有可能的重传和确认过程都已经完成。
• 双向清理：TCP连接是全双工的，即数据可以在两个方向上同时传输。等待2MSL的时间可以确保两个方向上的数据包都被正确处理，从而实现连接的双向清理。这个时间长度考虑了报文段在网络中的往返时间，确保所有报文段都已经从网络中消失。
• 避免端口立即被使用：在TIME_WAIT状态期间，定义这个连接的套接口（即IP地址和端口号）不能再被使用。这是为了防止在端口被复用的时候收到迷路包从而出现收包错误。等待2MSL的时间可以确保这个端口在重新使用前是安全的，不会受到旧连接报文段的影响。

综上所述，TIME_WAIT状态持续2MSL是基于对网络延迟、报文生存时间、TCP协议可靠性以及端口复用的综合考虑而得出的。这个时间长度能够确保TCP连接的可靠终止和避免潜在的数据混淆问题。如果TIME_WAIT状态持续的时间过短，可能会增加新旧连接报文段冲突的风险；如果过长，则会浪费系统资源。因此，2MSL是一个相对合理的折衷选择。

造成TIME_WAIT过多的原因

如果有一天，你查看服务器的时候发现有很多TIME_WAIT状态的tcp连接，那么可能是哪里有问题呢？大概率是服务器上存在了大量的短链接，因为如果连接时间过短，那TIME_WAIT状态在整个四次挥手的过程中占用的时间的比例就会相对较大，此时便会更容易出现TIME_WAIT状态的tcp连接。