TCP半关闭

Posted 2021-10-26 vector6_

TCP半关闭

建立一个TCP连接需要三次握手，而关闭一个TCP连接需要四次挥手，我们知道三次握手因为被动开启连接方的ACK与SYN优化为一个报文发送，那么为什么关闭连接的挥手需要四次而不是三次呢？原因就是本文的主题：TCP的半关闭状态。

我们知道TCP是一个全双工的连接，任何一方都可以发送数据接收数据，并且都可以发起关闭连接请求，除此之外TCP还支持半关闭操作，即仅关闭一个数据流的一个传输方向，而两个半关闭操作合在一起就能够关闭整个连接，TCP协议规定：通信的任何一方在完成数据发送任务后都能够发送一个FIN。

由此可以知道采用四次而不是三次是考虑到被动关闭的一方发送ACK后，出于半关闭状态，仍有数据未发送完，此时还是会继续发送完数据，然后才会发送FIN关闭连接的请求。所以被动关闭一方的ACK与FIN不能合并，必须要有四次挥手的过程。

半关闭 shutdown 函数

伯克利套接字的API提供了半关闭操作：shutdown 函数，其原型为：

int shutdown(int sockfd, int howto)

对已连接的套接字执行 shutdown 操作，若成功则为 0，若出错则为 -1。

第二个参数 howto 是这个函数的设置选项，它的设置有三个主要选项：

• SHUT_RD(0)：关闭连接的“读”这个方向，对该套接字进行读操作直接返回 EOF。从数据角度来看，套接字上接收缓冲区已有的数据将被丢弃，如果再有新的数据流到达，会对数据进行 ACK，然后悄悄地丢弃。也就是说，对端还是会接收到 ACK，在这种情况下根本不知道数据已经被丢弃了。
• SHUT_WR(1)：关闭连接的“写”这个方向，这就是常被称为”半关闭“的连接。此时，不管套接字引用计数的值是多少，都会直接关闭连接的写方向。套接字上发送缓冲区已有的数据将被立即发送出去，并发送一个 FIN 报文给对端。应用程序如果对该套接字进行写操作会报错。
• SHUT_RDWR(2)：相当于 SHUT_RD 和 SHUT_WR 操作各一次，关闭套接字的读和写两个方向。

close 函数

我们再来看一下最常见的 close 函数：

int close(int sockfd)

close 函数对已连接的套接字执行，若成功则返回为 0，若出错则为 -1。

首先我们要知道套接字存在引用计数的概念，因为套接字可以被多个进程共享，如果我们通过 fork 的方式产生子进程，套接字就会引用计数 +1， 如果我们调用一次 close 函数，套接字引用计数就会 -1

close 函数会对套接字引用计数减一，一旦发现套接字引用计数到 0，就会对套接字进行彻底释放，并且会关闭 TCP 两个方向的数据流。

close 函数具体是如何关闭两个方向的数据流呢？

• 在输入方向，系统内核会将该套接字设置为不可读，任何读操作都会返回异常。

• 在输出方向，系统内核尝试将发送缓冲区的数据发送给对端，并最后向对端发送一个 FIN 报文，接下来如果再对该套接字进行写操作会返回异常。

如果对端没有检测到套接字已关闭，还继续发送报文，就会收到一个 RST 报文，告诉对端套接字已关闭。

通过以上我们会发现，close 函数并不能帮助我们关闭连接的一个方向。这就是需要 shutdown 函数。