tcp连接全过程各种状态详解

简单介绍

LISTEN：侦听来自远方的TCP端口的连接请求

SYN-SENT：再发送连接请求后等待匹配的连接请求（客户端）

SYN-RECEIVED：再收到和发送一个连接请求后等待对方对连接请求的确认（服务器）

ESTABLISHED：代表一个打开的连接

FIN-WAIT-1：等待远程TCP连接中断请求，或先前的连接中断请求的确认

FIN-WAIT-2：从远程TCP等待连接中断请求

CLOSE-WAIT：等待从本地用户发来的连接中断请求

CLOSING：等待远程TCP对连接中断的确认

LAST-ACK：等待原来的发向远程TCP的连接中断请求的确认

TIME-WAIT：等待足够的时间以确保远程TCP接收到连接中断请求的确认

CLOSED：没有任何连接状态

主动端可能出现的状态：FIN_WAIT1、FIN_WAIT2、CLOSING、TIME_WAIT
被动端可能出现的状态：CLOSE_WAIT LAST_ACK

客户端的状态可以用如下的流程来表示：
CLOSED->SYN_SENT->ESTABLISHED->FIN_WAIT_1->FIN_WAIT_2->TIME_WAIT->CLOSED

服务器的状态可以用如下的流程来表示：
CLOSED->LISTEN->SYN收到->ESTABLISHED->CLOSE_WAIT->LAST_ACK->CLOSED

NOTE：
（1）主动端出现大量的FIN_WAIT1时需要注意网络是否畅通、出现大量的FIN_WAIT2需要仔细检查程序为何迟迟收不到对端的FIN（可能是主动方或者被动方的bug）、出现大量的TIME_WAIT需要注意系统的并发量/socket句柄资源/内存使用/端口号资源等。
（2）被动端出现大量的 CLOSE_WAIT 需要仔细检查为何自己迟迟不愿调用close关闭连接（可能是bug，socket打开用完没有关闭）

状态迁移

建立连接时的状态变迁

一开始，建立连接之前服务器和客户端的状态都为CLOSED。服务器创建socket后开始监听，变为LISTEN状态。客户端请求建立连接，向服务器发送SYN报文，客户端的状态变为SYN_SENT。服务器收到客户端的报文后向客户端发送ACK和SYN报文，此时服务器的状态变为SYN_RCVD。然后，客户端收到ACK、SYN，就向服务器发送ACK，客户端状态变为ESTABLISHED，服务器收到客户端的ACK后也变为ESTABLISHED。此时，3次握手完成，连接建立！

断开连接时的状态变迁

由于tcp连接是全双工的，断开连接会比建立连接麻烦一点点。客户端先向服务器发送FIN报文，请求断开连接，其状态变为FIN_WAIT1。服务器收到FIN后向客户端发生ACK，服务器状态变为CLOSE_WAIT。客户端收到ACK后就进入FIN_WAIT2状态。此时连接已经断开了一半了。如果服务器还有数据要发送给客户端，就会继续发送。直到发完了，就发送FIN报文，此时服务器进入LAST_ACK状态。客户端收到服务器的FIN后，马上发送ACK给服务器，此时客户端进入TIME_WAIT状态，再过了2MSL长的时间后进入CLOSED状态。服务器收到客户端的ACK就进入CLOSED状态。
至此，还有一个状态没有提及：CLOSING状态。CLOSING状态表示客户端发生了FIN，但没有收到服务器的ACK，却收到了服务器的FIN。这种情况发生在服务器发送的ACK丢包的时候，因为网络传输有时会有意外。

详细解释

tcp连接建立（tcp三握手）
TCP连接的建立采用客户-服务器模式：主动发起连接建立的应用进程叫做客户，被动等待连接建立的应用进程叫做服务器。
连接建立阶段：
第一次握手：客户端的应用进程主动打开，并向服务端发出请求报文段。其首部中：SYN=1,seq=x。
第二次握手：服务器应用进程被动打开。若同意客户端的请求，则发回确认报文，其首部中：SYN=1,ACK=1,ack=x+1,seq=y。
第三次握手：客户端收到确认报文之后，通知上层应用进程连接已建立，并向服务器发出确认报文，其首部：ACK=1,ack=y+1。当服务器收到客户端的确认报文之后，也通知其上层应用进程连接已建立。
在这个过程中，通信双方的状态如下图，其中CLOSED：关闭状态、LISTEN：收听状态、SYN-SENT：同步已发送、SYN-RCVD：同步收到、ESTAB-LISHED：连接已建立
至此，TCP连接就建立了，客户端和服务器可以愉快地玩耍了。只要通信双方没有一方发出连接释放的请求，连接就将一直保持。

tcp连接终止协议*（tcp四挥手）

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，而另一方执行被动关闭。
（1） TCP客户端发送一个FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送。
（2） 服务器收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。
（3） 服务器关闭客户端的连接，发送一个FIN给客户端。
（4） 客户端发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1。

CLOSED:

这个没什么好说的了，表示初始状态。

LISTEN:

这个也是非常容易理解的一个状态，表示服务器端的某个SOCKET处于监听状态，可以接受连接了。

SYN_RCVD:

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，基本上用netstat你是很难看到这种状态的，除非你特意写了一个客户端测试程序，故意将三次TCP握手过程中最后一个ACK报文不予发送。因此这种状态时，当收到客户端的ACK报文后，它会进入到ESTABLISHED状态。
什么是SYN Flood攻击?
SYN Flood (SYN洪水) 是种典型的DoS (Denial of Service，拒绝服务) 攻击。效果就是服务器TCP连接资源耗尽，停止响应正常的TCP连接请求。
TCP SYN Flood是一种常见，而且有效的远端(远程)拒绝服务(Denial of Service)攻击方式，它通过一定的操作破坏TCP三次握手建立正常连接，占用并耗费系统资源，使得提供TCP服务的主机系统无法正常工作。由于TCP SYN Flood是透过网路底层对服务器Server进行攻击的

这个攻击的解决方法如下：
1、增加未完成连接队列（q0)的最大长度。
echo 1280>/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog
2、启动SYN_cookie。
echo 1>/proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies
这些是被动的方法，治标不治本。而且加大了服务器的负担，但是可以避免被拒绝攻击（只是减缓）
治本的方法是在防火墙上做手脚。但是现在能在一定程度上防住syn flood攻击的防火墙都不便宜。并且把这个命令加入”/etc/rc.d/rc.local”文件中
3、iptables的设置
防止同步包洪水（Sync Flood）
# iptables -A FORWARD -p tcp –syn -m limit –limit 1/s -j ACCEPT

SYN_SENT:

这个状态与SYN_RCVD遥想呼应，当客户端SOCKET执行CONNECT连接时，它首先发送SYN报文，因此也随即它会进入到了SYN_SENT状态，并等待服务端的发送三次握手中的第2个报文。SYN_SENT状态表示客户端已发送SYN报文。

ESTABLISHED：

这个容易理解了，表示连接已经建立了。

FIN_WAIT_1:

这个状态要好好解释一下，其实FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。而这两种状态的区别是：FIN_WAIT_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时，它想主动关闭连接，向对方发送了FIN报文，此时该SOCKET即进入到FIN_WAIT_1状态。而当对方回应ACK报文后，则进入到FIN_WAIT_2状态，当然在实际的正常情况下，无论对方何种情况下，都应该马上回应ACK报文，所以FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的，而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到。

FIN_WAIT_2：

上面已经详细解释了这种状态，实际上FIN_WAIT_2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，稍后再关闭连接这就是著名的半关闭的状态了，这是在关闭连接时，客户端和服务器两次握手之后的状态。在这个状态下，应用程序还有接受数据的能力，但是已经无法发送数据，但是也有一种可能是，客户端一直处于FIN_WAIT_2状态，而服务器则一直处于WAIT_CLOSE状态，而直到应用层来决定关闭这个状态

TIME_WAIT:

表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，就等2MSL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:

这里先说一下另一种状态（同时打开）

RST是另一种关闭连接的方式，应用程序应该可以判断RST包的真实性，即是否为异常中止。而同时打开和同时关闭则是两种特殊的TCP状态，发生的概率很小。
下面说closing状态

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，也就会出现CLOSING状态，表示双方都正在关闭SOCKET连接。

比如建立

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查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。

其他链接
TIME_WAIT 2MSL的作用
大量TIME_WAIT产生原因及解决方案
CLOSE_WAIT生成的原因
CLOSE_WAIT产生原因以及解决方案
在tcp协议中处于last_ack状态的连接，如果一直收不到对方的ack，会一直处于这个状态吗？

部分参考：
https://blog.csdn.net/zhutulang/article/details/51152236
https://www.2cto.com/net/201209/157585.html
https://www.cnblogs.com/borey/p/5626124.html