网络编程3.5：理解TCP状态时序图

返回：Linux网络编程学习笔记

TCP状态时序图如下：

1. 三次握手（创建连接）

TCP建立连接时，三次握手时序如下：	TCP数据报格式：

第一次握手：SYN, 1000(0),                          

//控制位SYN置1，32位序列号为1000，该段不携带有效载荷（数据字节数为0），mss（Maximum Segment Size，最大报文长度）选项值为1460；

第二次握手：SYN, 8000(0), ACK 1001,        

//控制位SYN置1，32位序列号为8000，该段不携带有效载荷，ACK置1，32位确认序列号为1001（代表client端1001之前的包，server端都收到了），mss选项值为1024；

第三次握手：ACK, 8001                                                   

//控制位ACK置1，32位确认序列号为8001（代表server端8001之前的包，client端都收到了）。

三次握手发生在内核空间，用户层的主要体现是，connect()和accept()在两端生成网络连接套接字。

使用命令查看端口状态：netstat -apn|grep 9527

root@wang-virtual-machine:/home/wang/nfs# netstat -apn|grep 9527
tcp        0      0 0.0.0.0:9527            0.0.0.0:*               LISTEN      4087/./service
tcp        0      0 127.0.0.1:9527          127.0.0.1:47286         ESTABLISHED 4087/./service
tcp        0      0 127.0.0.1:47286         127.0.0.1:9527          ESTABLISHED 4088/nc

主动发起连接请求端：    CLOSE -- 发送SYN -- SEND_SYN -- 接收 ACK、SYN -- SEND_SYN -- 发送 ACK -- ESTABLISHED（数据通信态）

被动接收连接请求端： CLOSE -- LISTEN -- 接收 SYN -- LISTEN -- 发送 ACK、SYN -- SYN_RCVD -- 接收ACK -- ESTABLISHED（数据通信态）

主动发起连接                                                  被动接受连接

2. 数据传输与滑动窗口

滑动窗口：允许多发单回或多收单确认

第1至第3为建立连接阶段，sender端的滑动窗口缓冲区大小为4k，receiver端滑动窗口的缓冲区大小为6k字节；

第4至第9步，sender向receiver端发送了6次1k的数据；

第10至11步，receiver端告诉sender，缓冲区2k的数据已经处理掉了，空闲大小为4k。

第12至13步，sender向receiver再发2k的数据，并关闭了发送（半关闭）；

第14至15步，为ACK应答；

第17步：receive端关闭了发送；

第18步：sender端回复了receive端关闭。

3.四次握手（关闭连接）

主动关闭连接请求端： ESTABLISHED（数据通信态） -- 发送 FIN -- FIN_WAIT_1 -- 接收ACK -- FIN_WAIT_2（半关闭）

                -- 接收对端发送 FIN -- FIN_WAIT_2（半关闭）-- 回发ACK -- TIME_WAIT（只有主动关闭连接方，会经历该状态）

                -- 等 2MSL时长 -- CLOSE 

被动关闭连接请求端： ESTABLISHED（数据通信态） -- 接收 FIN -- ESTABLISHED（数据通信态） -- 发送ACK 

                -- CLOSE_WAIT (说明对端【主动关闭连接端】处于半关闭状态) -- 发送FIN -- LAST_ACK -- 接收ACK -- CLOSE

主动发起关闭                                                   被动接受关闭

client与server建立TCP socket连接后，如果client端主动关闭连接，会进入FIN_WAIT2状态

root@wang-virtual-machine:/home/wang/nfs# netstat -apn|grep 9527
tcp        0      0 0.0.0.0:9527            0.0.0.0:*               LISTEN      4087/./service
tcp        0      0 127.0.0.1:9527          127.0.0.1:47286         CLOSE_WAIT  4087/./service
tcp        0      0 127.0.0.1:47286         127.0.0.1:9527          FIN_WAIT2   -

如果server端主动关闭，其状态会从上方的CLOSE_WAIT变为FIN_WAIT2状态

root@wang-virtual-machine:/home/wang/nfs# netstat -apn|grep 9527
tcp        0      0 127.0.0.1:9527          127.0.0.1:47288         FIN_WAIT2   -
tcp        0      0 127.0.0.1:47288         127.0.0.1:9527          CLOSE_WAIT  4143/nc

在server端主动关闭的情况下，立马重启server端，会出现以下报错信息，主要原因是FIN_WAIT2状态会持续40s，9527这个端口还在被占用。

root@wang-virtual-machine:/home/wang/nfs# ./service
error bind!
: Address already in use

 在server的TCP连接没有完全断开之前不允许重新监听是不合理的。因为，TCP连接没有完全断开指的是connfd（127.0.0.1:47288）没有完全断开，而我们重新监听的是lis-tenfd（0.0.0.0:9527），虽然是占用同一个端口，但IP地址不同，connfd对应的是与某个客户端通讯的一个具体的IP地址，而listenfd对应的是wildcard address。解决这个问题的方法是使用setsockopt()设置socket描述符的选项SO_REUSEADDR为1，表示允许创建端口号相同但IP地址不同的多个socket描述符。
        在server代码的socket()和bind()调用之间插入如下代码：

    int opt = 1;
    setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

有关setsockopt可以设置的其它选项请参考UNP第7章。