详解socket模型和三次握手四次挥手过程

一、socket网络开发模型

• 首先服务端创建一个socket对象，python中通过socket包创建。对象创建时，需要绑定它的IP地址族（IPv4或Ipv6）和协议（TCP或UDP）。  bind()绑定本机IP地址和端口号，listen()启动监听。至此服务端建立完成。
• 客户端需要遵从与服务端一样的IP地址族和协议，请求服务器的IP地址和端口号。客户端自身会启动一个随机的端口号，并把这个端口号发送给服务端。
• 服务器监听接收（accept()）到客户端发送的请求，建立与客户端的连接（connect()，或叫握手）。
• 连接建立后，客户端可以写入（write()）数据到socket对象中，服务端可以读取（read()）到客户端写入的数据。服务端处理数据后，可以写入（write()）socket返回一个处理结果，客户端读取（read()）到这个返回结果。
• 客户端关闭（close()）连接，客户端释放当前占用的客户端端口号。
• 服务端收到客户端关闭消息后，关闭与客户端的连接。
  
  

二、 建立连接协议（TCP三次握手过程）

图片备注：红框表示socket在网络程序使用中的状态

三次握手过程：

• 首先客户端创建socket对象，通过connect函数向服务端发起连接请求，发送的请求为包含SYN J的一个TCP报文，J为随机数值。客户端socket对象此时会处于SYN_SEND状态。
• 服务端用accept函数接收客户端请求，并向客户端发送一个SYN K序列号和一个应答的ACK，ACK的值为客户端标示值加1。服务端此时会处于SYN_RECV状态。
• 客户端connect函数收到服务端返回值后，会向服务端再发送一个ACK K+1应答序列，序列值为服务端应答ACK值加1。
• 服务端accept函数收到返回值后，客户端和服务端socket对象状态都变为ESTABLISHED已连接状态。
  
  

三、连接终止协议（TCP四次挥手过程）

由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，这里成为主动端，而另一方执行被动关闭，即被动端。

四次挥手过程：

1. 主动close一端会向被动端发送FIN终止信号序列，主动端状态变为FIN_WAIT_1。此时关闭了主动端向被动端的数据传输。

2. 被动端收到FIN后，向主动端发送一个ACK序列（值为FIN序号加1），完成发送后被动端状态置为CLOSE_WAIT，此时被动端向主动端的数据传输还没有关闭。

3. 主动端收到被动端发送的ACK响应序列，状态切换到FIN_WAIT_2。

4. 被动端关闭与客户端的连接，向主动端发送一个FIN终止信号序列，被动端状态会切换为LAST_ACK（最后一个响应状态）。

5. 主动端收到被动端发出的FIN，接着发送ACK响应序列到被动端，发送后主动端状态切换为TIME_WAIT。

6. 被动端收到ACK后，释放掉socket资源。

另一种情况（前2步和前面一样）：

3. 主动端未收到被动端的ACK响应，而是收到了被动端的FIN终止信号，即被动端也正好发起了连接关闭操作，主动端状态会切换到CLOSING。

4. 此时主动端向被动端发送一个ACK响应，主动端状态切换为TIME_WAIT。

5. 被动端收到ACK后，释放掉socket资源。

四、socket状态说明

• CLOSED：这个没什么好说的了，表示初始状态。
• LISTEN：表示服务器端的某个SOCKET处于监听状态，可以接受连接了。
• SYN_SENT：表示客户端已发送SYN报文，发生在客户端SOCKET执行CONNECT连接时。
• SYN_RECV： 这个状态表示接受到了SYN报文。在正常情况下，这个状态是服务器端的SOCKET在建立TCP连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态，很短暂。
• ESTABLISHED：表示连接已经建立了。
• FIN_WAIT_1：当SOCKET在ESTABLISHED状态时，它想主动关闭连接，向对方发送了FIN报文，然后在等待对方的FIN报文。在实际的正常情况下，应为会马上回应ACK报文，所以FIN_WAIT_1状态比较短暂。
• FIN_WAIT_2：此状态下的SOCKET，表示半连接，也即有一方要求close连接，但另外还告诉对方，我暂时还有点数据需要传送给你，稍后再关闭连接。
• TIME_WAIT：表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，就等2MSL（MSL即Maximum Segment Lifetime，是TCP片在网上的最长存活时间，2MSL表示240秒）后即可回到CLOSED可用状态了。如果FIN_WAIT_1状态下，收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入到TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态。
• CLOSING：这种状态比较特殊，实际情况中应该是很少见，属于一种比较罕见的例外状态。正常情况下，当你发送FIN报文后，按理来说是应该先收到（或同时收到）对方的ACK报文，再收到对方的FIN报文。但是CLOSING状态表示你发送FIN报文后，并没有收到对方的ACK报文，反而却也收到了对方的FIN报文。什么情况下会出现此种情况呢？其实细想一下，也不难得出结论：那就是如果双方几乎在同时close一个SOCKET的话，那么就出现了双方同时发送FIN报文的情况，也即会出现CLOSING状态，表示双方都正在关闭SOCKET连接。
• CLOSE_WAIT：这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢？当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己，你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对方，此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢，实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方，如果没有的话，那么你也就可以close这个SOCKET，发送FIN报文给对方，也即关闭连接。所以你在CLOSE_WAIT状态下，需要完成的事情是等待你去关闭连接。
• LAST_ACK：这个状态还是比较容易好理解的，它是被动关闭一方在发送FIN报文后，最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后，也即可以进入到CLOSED可用状态了。

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