TCP 两次挥手
前面在四次挥手中提到，关闭的时候双方都发出了一个 FIN 和收到了一个 ACK。
正常情况下 TCP 连接的两端，是不同IP+端口的进程。
但如果 TCP 连接的两端，IP+端口是一样的情况下，那么在关闭连接的时候，也同样做到了一端发出了一个 FIN，也收到了一个 ACK，只不过正好这两端其实是同一个socket 。
而这种两端IP+端口都一样的连接，叫TCP 自连接。
是的，你没看错，我也没打错别字。同一个 socket 确实可以自己连自己，形成一个连接。
一个 socket 能建立连接？
上面提到了，同一个客户端 socket，自己对自己发起连接请求。是可以成功建立连接的。这样的连接，叫TCP 自连接。
下面我们尝试下复现。
注意我是在以下系统进行的实验。在mac上多半无法复现。
# cat /etc/os-release
NAME="CentOS Linux"
VERSION="7 (Core)"
ID="centos"
ID_LIKE="rhel fedora"
VERSION_ID="7"
PRETTY_NAME="CentOS Linux 7 (Core)"通过nc命令可以很简单的创建一个TCP 自连接
# nc -p 6666 127.0.0.1 6666上面的 -p 可以指定源端口号。也就是指定了一个端口号为6666的客户端去连接 127.0.0.1:6666 。
# netstat -nt | grep 6666
tcp 0 0 127.0.0.1:6666 127.0.0.1:6666 ESTABLISHED整个过程中，都没有服务端参与。可以抓个包看下。
可以看到，相同的 socket，自己连自己的时候，握手是三次的。挥手是两次的。
上面这张图里，左右都是同一个客户端，把它画成两个是为了方便大家理解状态的迁移。
我们可以拿自连接的握手状态对比下正常情况下的 TCP 三次握手。
看了自连接的状态图，再看看下面几个问题。
一端发出第一次握手后，如果又收到了第一次握手的 SYN 包，TCP 连接状态会怎么变化？
第一次握手过后，连接状态就变成了SYN_SENT状态。如果此时又收到了第一次握手的 SYN 包，那么连接状态就会从SYN_SENT状态变成SYN_RCVD。
// net/ipv4/tcp_input.c
static int tcp_rcv_synsent_state_process()
{
// SYN_SENT状态下，收到SYN包
if (th->syn) {
// 状态置为 SYN_RCVD
tcp_set_state(sk, TCP_SYN_RECV);
}
}一端发出第二次握手后，如果又收到第二次握手的 SYN+ACK 包，TCP 连接状态会怎么变化？
第二握手过后，连接状态就变为SYN_RCVD了，此时如果再收到第二次握手的SYN+ACK包。连接状态会变为ESTABLISHED。
// net/ipv4/tcp_input.c
int tcp_rcv_state_process()
{
// 前面省略很多逻辑，能走到这就认为肯定有ACK
if (true) {
// 判断下这个ack是否合法
int acceptable = tcp_ack(sk, skb, FLAG_SLOWPATH | FLAG_UPDATE_TS_RECENT) > 0;
switch (sk->sk_state) {
case TCP_SYN_RECV:
if (acceptable) {
// 状态从 SYN_RCVD 转为 ESTABLISHED
tcp_set_state(sk, TCP_ESTABLISHED);
}
}
}
}一端第一次挥手后，又收到第一次挥手的包，TCP 连接状态会怎么变化？
第一次挥手过后，一端状态就会变成 FIN-WAIT-1。正常情况下，是要等待第二次挥手的ACK。但实际上却等来了 一个第一次挥手的 FIN包， 这时候连接状态就会变为CLOSING。
// net/
static void tcp_fin(struct sock *sk)
{
switch (sk->sk_state) {
case TCP_FIN_WAIT1:
tcp_send_ack(sk);
// FIN-WAIT-1状态下，收到了FIN，转为 CLOSING
tcp_set_state(sk, TCP_CLOSING);
break;
}
}这可以说是隐藏剧情了。
CLOSING 很少见，除了出现在自连接关闭外，一般还会出现在 TCP 两端同时关闭连接的情况下。
处于CLOSING状态下时，只要再收到一个ACK，就能进入 TIME-WAIT 状态，然后等个2MSL，连接就彻底断开了。这跟正常的四次挥手还是有些差别的。大家可以滑到文章开头的 TCP 四次挥手再对比下。
代码复现自连接
可能大家会产生怀疑，这是不是nc这个软件本身的bug。
那我们可以尝试下用strace看看它内部都做了啥。
# strace nc -p 6666 127.0.0.1 6666
// ...
socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP) = 3
fcntl(3, F_GETFL) = 0x2 (flags O_RDWR)
fcntl(3, F_SETFL, O_RDWR|O_NONBLOCK) = 0
setsockopt(3, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, [1], 4) = 0
bind(3, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(6666), sin_addr=inet_addr("0.0.0.0")}, 16) = 0
connect(3, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(6666), sin_addr=inet_addr("127.0.0.1")}, 16) = -1 EINPROGRESS (Operation now in progress)
// ...无非就是以创建了一个客户端socket句柄，然后对这个句柄执行 bind, 绑定它的端口号是6666，然后再向 127.0.0.1:6666发起connect方法。
我们可以尝试用C语言去复现一遍。
下面的代码，只用于复现问题。直接跳过也完全不影响阅读。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <ctype.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
int main()
{
int lfd, cfd;
struct sockaddr_in serv_addr, clie_addr;
socklen_t clie_addr_len;
char buf[BUFSIZ];
int n = 0, i = 0, ret = 0 ;
printf("This is a client \n");
/*Step 1: 创建客户端端socket描述符cfd*/
cfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(cfd == -1)
{
perror("socket error");
exit(1);
}
int flag=1,len=sizeof(int);
if( setsockopt(cfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, len) == -1)
{
perror("setsockopt");
exit(1);
}
bzero(&clie_addr, sizeof(clie_addr));
clie_addr.sin_family = AF_INET;
clie_addr.sin_port = htons(6666);
inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1", &clie_addr.sin_addr.s_addr);
/*Step 2: 客户端使用bind绑定客户端的IP和端口*/
ret = bind(cfd, (struct sockaddr* )&clie_addr, sizeof(clie_addr));
if(ret != 0)
{
perror("bind error");
exit(2);
}
/*Step 3: connect链接服务器端的IP和端口号*/
bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(6666);
inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr.s_addr);
ret = connect(cfd,(struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
if(ret != 0)
{
perror("connect error");
exit(3);
}
/*Step 4: 向服务器端写数据*/
while(1)
{
fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
write(cfd, buf, strlen(buf));
n = read(cfd, buf, sizeof(buf));
write(STDOUT_FILENO, buf, n);//写到屏幕上
}
/*Step 5: 关闭socket描述符*/
close(cfd);
return 0;
}保存为 client.c 文件，然后执行下面命令，会发现连接成功。
# gcc client.c -o client && ./client
This is a client# netstat -nt | grep 6666
tcp 0 0 127.0.0.1:6666 127.0.0.1:6666 ESTABLISHED说明，这不是 nc 的 bug。事实上，这也是内核允许的一种情况。
自连接的解决方案
自连接一般不太常见，但遇到了也不难解决。
解决方案比较简单，只要能保证客户端和服务端的端口不一致就行。
事实上，我们写代码的时候一般不会去指定客户端的端口，系统会随机给客户端分配某个范围内的端口。而这个范围，可以通过下面的命令进行查询
# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
32768 60999也就是只要我们的服务器端口不在32768-60999这个范围内，比如设置为8888。就可以规避掉这个问题。
另外一个解决方案，可以参考golang标准网络库的实现，在连接建立完成之后判断下 IP 和端口是否一致，如果遇到自连接，则断开重试。
func dialTCP(net string, laddr, raddr *TCPAddr, deadline time.Time) (*TCPConn, error) {
// 如果是自连接，这里会重试
for i := 0; i < 2 && (laddr == nil || laddr.Port == 0) && (selfConnect(fd, err) || spuriousENOTAVAIL(err)); i++ {
if err == nil {
fd.Close()
}
fd, err = internetSocket(net, laddr, raddr, deadline, syscall.SOCK_STREAM, 0, "dial", sockaddrToTCP)
}
// ...
}
func selfConnect(fd *netFD, err error) bool {
// 判断是否端口、IP一致
return l.Port == r.Port && l.IP.Equal(r.IP)
}四次握手
前面提到的TCP自连接是一个客户端自己连自己的场景。那不同客户端之间是否可以互联？
答案是可以的，有一种情况叫TCP 同时打开。
大家可以对比下，TCP 同时打开在握手时的状态变化，跟 TCP 自连接是非常的像。
比如SYN_SENT状态下，又收到了一个SYN，其实就相当于自连接里，在发出了第一次握手后，又收到了第一次握手的请求。结果都是变成 SYN_RCVD。
在 SYN_RCVD 状态下收到了 SYN+ACK，就相当于自连接里，在发出第二次握手后，又收到第二次握手的请求，结果都是变成 ESTABLISHED。他们的源码其实都是同一块逻辑。
复现 TCP 同时打开
分别在两个控制台下，分别执行下面两行命令。
while true; do nc -p 2224 127.0.0.1 2223 -v;done
while true; do nc -p 2223 127.0.0.1 2224 -v;done上面两个命令的含义也比较简单，两个客户端互相请求连接对方的端口号，如果失败了则不停重试。
执行后看到的现象是，一开始会疯狂失败，重试。一段时间后，连接建立完成。
# netstat -an | grep 2223
Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State
tcp 0 0 127.0.0.1:2224 127.0.0.1:2223 ESTABLISHED
tcp 0 0 127.0.0.1:2223 127.0.0.1:2224 ESTABLISHED期间抓包获得下面的结果。
可以看到，这里面建立连接用了四次交互。因此可以说这是通过**"四次握手"**建立的连接。
而且更重要的是，这里面只涉及两个客户端，没有服务端。
看到这里，不知道大家有没有跟我一样，被刷新了一波认知，对socket有了重新的认识。
在以前的观念里，建立连接，必须要有一个客户端和一个服务端，并且服务端还要执行一个listen()和一个accept()。而实际上，这些都不是必须的。
那么下次，面试官问你**"没有listen()， TCP 能建立连接吗？"**， 我想大家应该知道该怎么回答了。
但问题又来了，只有两个客户端，没有listen() ，为什么能建立TCP连接？
如果大家感兴趣，我们以后有机会再填上这个坑。
总结
四次挥手中，不管是程序主动执行
close()，还是进程被杀，都有可能发出第一次挥手FIN包。如果机器上FIN-WAIT-2状态特别多，一般是因为对端一直不执行close()方法发出第三次挥手。Close()会同时关闭发送和接收消息的功能。shutdown()能单独关闭发送或接受消息。第二、第三次挥手，是有可能合在一起的。于是四次挥手就变成三次挥手了。
同一个 socket 自己连自己，会产生TCP 自连接，自连接的挥手是两次挥手。
没有
listen，两个客户端之间也能建立连接。这种情况叫TCP 同时打开，它由四次握手产生。
最后
今天提到的，不管是两次挥手，还是自连接，或是TCP 同时打开什么的。
咋一看，可能对日常搬砖没什么用，实际上也确实没什么用。
并且在面试上大概率也不会被问到。
毕竟一般面试官也不在意茴字有几种写法。
这篇文章的目的，主要是想从另外一个角度让大家重新认识下socket。原来TCP是可以自己连自己的，甚至两个客户端之间，不用服务端也能连起来。
这实在是，太出乎意料了。
如果文章对你有帮助，欢迎.....
算了。
兄弟们都是自家人，点不点赞，在不在看什么的，没关系的，大家看开心了就好。
在看，点赞什么的，我不是特别在意，真的，真的，别不信啊。
不三连也真的没关系的。
兄弟们不要在意啊。
我是虚伪的小白，我们下期见！
别说了，一起在知识的海洋里呛水吧
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加我，我们建了个划水吹牛皮群，在群里，你可以跟你下次跳槽可能遇到的同事或面试官聊点阳间的话题。就超！开！心！
