为什么TIME_WAIT状态需要持续2MSL的时间？

Question

在TCP连接中，执行主动关闭的一端需要保持TIME_WAIT状态2MSL时间。为什么确切地需要2MSL呢？许多人说一个MSL用于最终ACK，另一个MSL用于重传FIN。但是，FIN的RTO比MSL短得多，并且FIN不需要等待MSL进行重传。因此，他们的解释对我来说没有意义。有人可以给出一个具体的示例，说明在那段时间内如何交换数据段吗？

- Cortexiphan

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在这段时间内，分段不会被交换，并且FIN的RTO只有在它到达时才会比MSL短得多。 - user207421

那么，它防止发生哪种极端情况？一定有一个，对吧？ - Cortexiphan

它只是确保在端口被释放之前，连接的最后一段确实已经死亡，即超出了其段寿命。也许它不一定要是2 * MSL，也许他们可以指定1.5 * MSL或4 * MSL，但他们没有这样做。 - user207421

Answer 1

为什么会有TIME_WAIT状态存在？
《UNIX网络编程（卷1，第3版）》一书给出了答案：

TCP中TIME_WAIT状态存在的两个原因：

1. 可靠地实现TCP全双工连接的终止。
2. 允许旧的重复段在网络上过期。

我认为这也是“为什么TIME_WAIT状态需要2MSL长”的答案。

首先看原因1。为了可靠地终止全双工连接，假设客户端在图1中发送的最后一个ACK丢失，服务器将重新发送FIN。为接收到该超时和重传的FIN，客户端需要TIME_WAIT状态；那么TIME_WAIT状态必须是2MSL吗？实际上，这取决于服务器端的FIN超时重传时间RTO。如果RTO小于MSL，则TIME_WAIT状态的MSL就足够了。如果RTO大于2MSL，则TIME_WAIT状态的2MSL不够用，因此只有当RTO位于MSL和2MSL之间时，存在TIME_WAIT状态的原因才是TIME_WAIT时间为2MSL的原因。实际上，通常情况下，RTO比MSL小得多，但考虑最坏情况，RTO为2MSL，因此TIME_WAIT状态是2MSL，以确保最坏情况下也能接收到随时间重传的FIN。

TIME_WAIT时间是2MSL的另一个重要原因是原因2。为了确保连接期间生成的所有数据包都从网络中消失，即在建立新的TCP连接时，该连接的旧重复数据包已经从网络中消失。这里可能会有人问：客户端回复最后一个ACK后，它感觉所有数据包可以在1个MSL的时间内消失，为什么需要2MSL时间使所有数据包都消失？原因是：
假设客户端在1个MSL时间后发送了一个ACK，并且服务器在接收到该ACK之前开始随时间重传FIN，那么如果该FIN消失，则需要2MSL时间。

- Fred Hu

Answer 2

让我们回顾一下这个过程：

1. A发FIN给B
2. B回ACK给A
3. B发FIN给A/li>
4. A回ACK给B

经过以上4个步骤，A现在处于TIME_WAIT阶段，而B处于LAST_ACK阶段。

如果第四步(A回ACK给B)丢失了怎么办？

B会等待1个MSL的时间来等待第四步，但是由于没有得到响应，B将重新执行第三步，并且第三步需要花费1个MSL时间才能到达A。因此，A必须等待2个MSL才能优雅地结束连接。

但还有一个问题，如果第四步再次丢失呢？ :)

- xxmajia

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亲爱的上帝...如果第四步再次丢失怎么办？无限循环？哈哈 - Yves

这个链接可能是你问题的答案。 - KimLikeAStone

Answer 3

TIME-WAIT 的目的是防止延迟的数据包被后续的连接所接受。这种情况可能发生在以下情形下：

1. 从 (地址 a，端口 p) 到 (地址 b，端口 q) 的连接被终止
2. 从 (地址 a，端口 p) 到 (地址 b，端口 q) 的第二个连接被建立
3. 来自第一个连接的重复数据包在网络中被延迟，并在其序列号在第二个连接的窗口内时到达第二个连接。

在这种情况下，端点无法确定该数据包属于哪个连接。

- O. Ibo

Answer 4

我对此也有同样的问题。我想到了一种假设。
在极端情况下，假设客户端最后一个ACK花费了MSL才到达服务器端。此时，终点认为这个ACK已经因为MSL超时而消失。因此，服务器端立即重传FIN。为了确保这个FIN可以到达客户端（或者如果不能，我们必须确保它已经消失），我们必须再等待另外一个MSL。

- ruanhao

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服务器等待RTO，而不是MSL重新传输FIN，对吧？我认为服务器并不关心MSL，它所做的就是重复传输FIN直到收到ACK或FIN重试次数超过。 - Cortexiphan

@Cortexiphan 我认为只有 PSH 会考虑 RTO 进行重传以减少延迟。但是对于 FIN，短暂的延迟并不是那么重要，所以它愿意等待 MSL 来重新传输 FIN。 - hbprotoss

Answer 5

TIME-WAIT状态和2SML计时器存在的两个原因：

1. 如果最后一个确认（ACK）段丢失了，服务器TCP会为最后设置的FIN（结束）位设置一个定时器，假设其FIN丢失并重新发送。如果客户端在2MSL计时器到期之前进入关闭状态并关闭连接，则永远不会收到这个重发的FIN段，因此服务器永远不会收到最终的ACK。服务器无法关闭连接。 2MSL计时器使客户端等待足够长的时间（一个SML）以便确认丢失和FIN到达（另一个SML）。如果在TIME-WAIT状态期间，出现新的FIN，则客户端将发送新的ACK并重新启动2SML计时器。

2. 来自一个连接的重复段可能会出现在下一个连接中。假设客户端和服务器已经关闭了一个连接。在短时间内，他们使用相同的套接字地址（相同的源IP地址和目标IP地址以及相同的源端口号和目标端口号）打开一个新的连接。如果两个连接之间的时间不足够长，先前连接中的重复段可能会出现在这个新连接中，并被解释为属于新连接。为了防止这个问题，TCP要求必须经过2MSL的时间才能发生新的“化身”。

- Pomato

Answer 6

Tcp必须防止旧的重复连接在稍后的时间重新出现，并被误解为属于同一连接的新连接。为此，Tcp不会启动处于TIME_WAIT状态的新连接。

TIME_WAIT状态是MSL的两倍，这允许MSL秒钟内一个方向上的数据包丢失，并且再给另一个MSL秒来丢失回复。

- f_x_p