TCP计时器浅解析

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TCP要保证正常工作，至少应该有四种计时器：重传计时器、持久计时器、保活计时器和时间等待计时器。

首先，什么是计时器呢？可以理解成一块闹表，隔一段时间闹一次，提醒TCP干特定的事情。个人理解本质上还是使用硬件时钟计时，系统调用time函数计算时间差实现的（有不同意见欢迎交流）。

然后，具体介绍一下这四种计时器以及TCP为什么非得规定这四个一个不能少。

一、重传计时器

       大家都知道TCP是保证数据可靠传输的。怎么保证的呢?带确认的重传机制。在滑动窗口协议中，接受窗口会在连续收到的包序列中的最后一个包向接收端发送一个ACK，当网络拥堵的时候，发送端的数据包和接收端的ACK包都可能丢失。TCP为了保证数据可靠传输，就规定在重传计时器“时间片”到了以后，如果还没有收到对方的ACK，就重发此包，以避免陷入无限等待中。

       当TCP发送报文段时，就创建该特定报文段的重传计时器。可能发生两种情况：

      1.    若在计时器截止时间到之前收到了对此特定报文段的确认，则撤销此计时器。

      2.    若在收到了对此特定报文段的确认之前计时器截止期到，则重传此报文段，并将计时器复位。

   最后，重传计时器的重传时间是有一套算法计算的，这里就不再介绍了。

二、持久计时器

   先来考虑一种情景：发送端“啪啪啪”向接收端发送包直到接受窗口填满了，然后接受窗口告诉发送方接收窗口满了停止发送数据。此时的状态称为“零窗口”状态，发送端和接收端窗口大小均为零。直到接收TCP发送确认并宣布一个非零的窗口大小。但这个确认可能会丢失。我们知道在TCP中，对确认是不需要发送确认的。若确认丢失了，接收TCP并不知道，而是会认为它已经完成任务了，并等待着发送TCP接着会发送更多的报文段。但发送TCP由于没有收到确认，就等待对方发送确认来通知窗口的大小。双方的TCP都在永远地等待着对方。

要打开这种死锁，TCP为每一个连接使用一个持久计时器。当发送TCP收到一个窗口大小为零的确认时，就启动坚持计时器。当坚持计时器期限到时，发送TCP就发送一个特殊的报文段，叫做探测报文段。这个报文段只有一个字节的数据。它有一个序号，但它的序号永远不需要确认；甚至在计算对其他部分的数据的确认时该序号也被忽略。探测报文段提醒接收TCP：确认已丢失，必须重传。

坚持计时器的值设置为重传时间的数值。但是，若没有收到从接收端来的响应，则需发送另一个探测报文段，并将坚持计时器的值加倍和复位。发送端继续发送探测报文段，将坚持计时器设定的值加倍和复位，直到这个值增大到门限值（通常是60秒）为止。在这以后，发送端每隔60秒就发送一个探测报文段，直到窗口重新打开。

三、保活计时器

    保活计时器使用在某些实现中，用来防止在两个TCP之间的连接出现长时期的空闲。假定客户打开了到服务器的连接，传送了一些数据，然后就保持静默了。也许这个客户出故障了。在这种情况下，这个连接将永远地处理打开状态。

要解决这种问题，在大多数的实现中都是使服务器设置保活计时器。每当服务器收到客户的信息，就将计时器复位。超时通常设置为2小时。若服务器过了2小时还没有收到客户的信息，它就发送探测报文段。若发送了10个探测报文段（每一个相隔75秒）还没有响应，就假定客户出了故障，因而就终止该连接。

这种连接的断开当然不会使用四次握手，而是直接硬性地中断和客户端的TCP连接。

四、时间等待计时器

    时间等待计时器是在四次握手的时候使用的。四次握手的简单过程是这样的：假设客户端准备中断连接，首先向服务器端发送一个FIN的请求关闭包（FIN=final），然后由established过渡到FIN-WAIT1状态。服务器收到FIN包以后会发送一个ACK，然后自己由established进入CLOSE-WAIT。此时通信进入半双工状态，即留给服务器一个机会将剩余数据传递给客户端，传递完后服务器发送一个FIN+ACK的包，表示我已经发送完数据可以断开连接了，接着便进入LAST_ACK阶段。客户端收到以后，发送一个ACK表示收到并同意请求，接着由FIN-WAIT2进入TIME-WAIT阶段。服务器端收到ACK，结束连接。此时（即客户端发送完ACK包以后），客户端还要等待2MSL(MSL=maxinum segment lifetime 最长报文生存时间，2MSL就是两倍MSL）才能真正关闭连接。

那么，为什么要等待2MSL呢？

因为客服端发送的ACK对方可能没有收到，此时服务端就要重发FIN+ACK包，所以2MSL是从客服端发ACK对方没有到然后服务端重发FIN+ACK的最长时间，等2MSL就是为了保证对方已经收到ACK包了。若不然，客户端提早断开的话服务器端一直重发FIN+ACK，永远无法进入CLOSE状态。

时间等待计时器就是用来记2MSL这个时间的，当计时器到了2MSL以后，客服端才能断开连接。