TCP状态流转

本篇主要说说TCP的状态流转。本篇图片摘自《计算机网络 自顶向下方法》。

基础

在说TCP状态流转之前，需要先说一下TCP的连接与断开过程。

三次握手

TCP在连接的时候客户端与服务端连接的过程如下图：

三次握手.png

主要过程：

• 客户端向服务端发送SYN包，发起连接请求
• 服务端收到客户端的连接请求，并将seq+1（表示收到seq序列之前的数据），然后向客户端发送SYN+ACK包，表示服务端已经收到客户端的连接请求，并向客户端询问是否已准备好建立连接
• 客户端收到服务端的SYN+ACK包，将服务端序列server_isn+1，然后向服务端发送ACK包，表示收到了服务端发送的SYN+ACK包

经过上述三个步骤，TCP连接建立。

补充一下，SYN包是发起连接的报文，ACK是答复报文（TCP的报文发出去是需要收到答复的，但不一定是每个包都答，而是一种累计确认的方式）。其他有关报文中的SYN、ACK标志位，seq序列号等内容，需详细看TCP报文结构，在此不赘述。

四次挥手

TCP是双工的协议，可以双向收发，单向关闭，所以TCP连接需要分别关闭两个方向，关闭每个方向均需FIN+ACK两次握手，共计四次。 TCP连接的关闭过程如下图：

四次挥手.png

主要过程

• 客户端主动发起关闭，向服务端发送FIN包，表示客户端已经没有数据要发送给服务端了
• 服务端收到客户端发送的FIN包，向客户段发送ACK包，表示收到FIN包
• 当服务端也没有数据向客户端发送时，服务端向客户端发送FIN包，表示要关闭
• 客户端答复ACK包，表示收到服务端发送的FIN包

经过上述四个步骤，TCP连接全部断开

上图中有个定时等待过程，会等待2MSL时间（Maximum Segment Lifetime，报文最大生存时间，任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃），TCP占用的端口才会被释放，所以大家有时会发现，TCP连接断开后，端口需要过一会才会释放。2MSL时间具体根据TCP的不同实现大概是1-4分钟。

等待2MSL的作用 ：

• 防止4次挥手最后一个ACK服务端没有收到，那么服务端还会重发FIN包
• 防止之前发出去因为路由、网络导致没收到的包，最终又到达了目的地，此时若端口被新连接使用的话，则新连接会收到旧数据。

状态流转

客户端状态流转

image.png

• CLOSED：TCP开始时处于CLOSED状态
• SYN_SENT：客户端向服务端发起连接请求会发送一个SYN报文，此时客户端TCP处于SYN_SENT状态
• ESTABLISHED： 客户端收到服务端答复的SYN+ACK报文后，连接建立，处于ESTABLISHED状态，此时客户端就可以和服务端收、发数据了
• FIN_WAIT_1：当客户端发起关闭时，向服务端发送FIN报文，并等待服务端的答复报文，此时进入FIN_WAIT_1状态
• FIN_WAIT_2：当客户端收到FIN_WAIT_1前发送的FIN报文对应的ACK报文后，进入FIN_WAIT_2状态
• TIME_WAIT： 当客户端处于FIN_WAIT_2状态时，若收到服务端发送的FIN包时（服务端断开连接），客户端再向服务端发送ACK报文，此时进入TIME_WAIT状态，TIME_WAIT状态会等待2MSL时间，之后状态回到CLOSED

服务端状态流转

image.png

• CLOSED：开始时处于CLOSED状态
• LISTEN：服务端创建套接字并开始监听，此时服务端TCP处于LISTEN状态
• SYN_RCVD：当客户端发起连接请求，服务端收到SYN包后（三次握手第一次），并向客户端发送SYN+ACK报文后（三次握手第二次），客户端TCP处于SYN_RCVD状态
• ESTABLISHED：当服务端收到三次握手第三次客户端发送的ACK报文后，连接建立，此时进入ESTABLISHED状态
• CLOSE_WAIT：当服务端收到客户端发送的断开连接请求FIN报文时，服务端会向客户端发送ACK报文，表示知道客户端不会再向服务端发送东西了，此时进入CLOSE_WAIT状态
• LAST_ACK：当处于CLOSE_WAIT状态服务端需要关闭连接时会向客户端发送断开连接请求FIN报文，此时进入LAST_ACK状态，表示等待最后一个客户端发送过来的ACK报文，当收到最后一个ACK报文时，回到CLOSED状态