坐拥IT高薪职位必备底层知识系列——TCP有限状态机的实现

一些操作系统，如 windows，会将从建立TCP连接，发送，接收数据，到关闭TCP连接这个过程分为几个状态表示，例如，我们在 cmd 命令提示符下键入 netstat -a ，屏幕输出的右边就包含了每个TCP连接的当前状态。这里对每个状态的含义进行说明。网管人员熟悉掌握了每个状态代表的意义后，对于 windows 的 netstat -a* 系列命令的输出，又会有更深一层的认识。

可以从下面的简易TCP状态机转换图看出，从 close 到 estiblshed 的过程，实际上就是著名的TCP三次握手。

close：本地和远程均关闭。

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open_wait1：本地已请求并等待远程在打开前发送打开确认（ACK）。（本地关闭，请求远程打开）【SYN】

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open_wait2：本地已收到远程发送的打开确认，并等待远程请求本地打开。（远程打开，请求本地打开）【SYN+ACK】

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estiblshed：本地已收到远程的打开请求，在本地打开的同时，连接建立（本地打开，远程打开，建立连接成功）【ACK】

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close_wait1：本地已请求并等待远程在关闭前发送关闭确认。

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close_wait2：本地已收到远程发送的关闭确认，并等待远程请求本地关闭。

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closed：本地已收到远程的关闭请求，在本地关闭的同时，连接拆除。（回到本地和远程均关闭状态）

标准的TCP有限状态机（非 windows 实现）连接关闭部分 详解（这里仅涉及客户端的TCP有限状态机）

【正常的TCP三次握手终止连接】

   当客户端传输层（TCP）从应用层进程收到关闭命令时，向服务器传输层发送 FIN 请求，同时客户端传输层进入 FIN-WAIT-1 状态，表示已（发送）请求对方关闭连接（从服务器到客户端的），并等待确认。

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   客户端传输层收到来自服务器的 FIN+ACK 确认，客户端就知道服务器同意关闭连接（从服务器到客户端的），并且服务器请求关闭连接（从客户端到服务器的）。

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   客户端传输层发送 ACK 确认，表示客户端同意关闭连接（从客户端到服务器的)，同时客户端传输层从 FIN-WAIT-1 状态转变为 TIME-WAIT 状态。注意，该状态意味着：TCP连接的双方都同意关闭连接，但还没有实际关闭；以客户端而言，进入 TIME-WAIT 状态后，将启动一个 2MSL 计时器，表示客户端会在一个 TCP 分段的2倍最大生存时间后，关闭连接（状态机转变为 CLOSED 状态）。

【TCP半关闭】

   客户端传输层在 FIN-WAIT-1 状态下，如果收到来自服务器的 ACK 确认（注意，不是 FIN+ACK），则客户端不发送任何带有标志位的确认，并且客户端进入 FIN-WAIT-2 状态，该状态意味着连接已半关闭。

FIN-WAIT-2 状态亦即半关闭状态。在此状态下，仅能从服务器向客户端传输数据。也就是说，关闭的是从客户端到服务器的逻辑连接通道；从服务器到客户端的通道仍旧维持打开，所以称为半关闭。

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   客户端再次收到来自服务器的 FIN 请求，客户端传输层回送 ACK 确认，同时进入 TIME-WAIT 状态，此后的处理流程与状态转换，就与正常的三次握手终止连接一样了。（等待 2MSL 超时后，关闭连接）

可以看出，是否执行半关闭由服务器端决定：当它希望完全关闭时，它发送带有 FIN+ACK 标志位的TCP 分段给客户端；当它还有数据要传输给客户端时，它发送带有 ACK 标志位的 TCP 分段给客户端，指示客户端暂时还不要关闭自己的连接。