TCP/IP有限状态机

TCP/IP有限状态机

 

TCP初始化连接三次握手吧：发SYN包，然后返回SYN/ACK包，再发ACK包，连接正式建立。

但是这里有点出入，当请求者收到SYS /ACK包后，就开始建立连接了，而被请求者第三次握手结束后才建立连接。

 

关闭连接要四次握手：发FIN包，ACK 包，FIN包，ACK包，四次握手！！

 

一、建立TCP连接

 

1、客户端发送SYN报文(SYN为1) ，指明客户打算连接的服务器端口，以及初始化顺序号（ISN）

2、服务端发回包含服务器的初始顺序号的SYN报文段(SYN为1)。 同时，将确认号设置为客户的ISN加1以对客户的SYN报文段进行确认(ACK为1)

3、客户端将确认号设置为服务器的顺序号(ISN)+1对服务器的SYN报文段进行确认(ACK为1)

这三个报文段完成连接的建立，这个过程也称为三次握手。

 

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同时打开

两个应用程序同时彼此执行主动打开的情况是可能的，尽管发生的可能行极小。每一方必须发送一个SYN，且这些SYN必须传递给对方。这需要每一方使用一个对方熟知的端口作为本地端口。这又称为同时打开。

TCP是特意设计为了可以处理同时打开，对于同时打开它仅建立一条连接，而不是两条连接。

 

（1）当出现同时打开情况时，两端几乎同时发送SYN，并进入SYN_SENT状态；

（2）当每一端收到SYN时，状态变为SYN_RCVD，同时它们都再发SYN并对收到的SYN进行确认；

（3）当双方都收到SYN及相应的ACK时，状态都变迁为ESTABLISHED。

    一个同时打开的连接需要交换4个报文段，比正常的三次握手多一个。此外，不要注意的是，没有将任何一端称为客户或服务器，因为每一端既是客户又是服务器。

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二、关闭一个TCP连接

TCP建立起来后，就可以在两个方向传送数据流。 当TCP的应用进程在没有数据需要发送时，就发送关闭命令。

TCP通过发送控制位FIN=1的数据片来关闭本方数据流，但是还可以继续接收数据，直到对方关闭那个方向的数据流，连接就关闭。

要终止一个连接要经过4次握手，因为TCP的半关闭(half-close)造成的。由于一个TCP连接是全双工(即数据在两个方向上能同时传递)，因此两个方向必须单独的进行关闭。

关闭的原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向连接。当一端收到一个FIN，它必须通知应用层另一端已经中止了那个方向的数据传送，发送FIN通常是应用层进行关闭的结果。

 

 

TCP连接关闭有三种情况:

1、本方启动关闭

收到本方应用进程的关闭命令后，TCP在发送完尚未处理的报文段后，发FIN=1的报文段给对方，且TCP不再受理本方应用进程的数据发送。

在FIN以前发送的数据字节，包括FIN，都需要对方确认，否则要重传。注意FIN也要占一个顺序号。一旦收到对方对FIN的确认以及对方的FIN报文段，本方TCP就对该FIN进行确认，在等待一段时间，然后关闭连接。等待是为了防止本方的确认报文丢失，避免对方的重传报文干扰新的连接。

 

2、对方启动关闭

当TCP收到对方发来的FIN报文时，发ACK确认此FIN报文，并通知应用进程连接正在关闭。应用进程将以关闭命令响应。TCP在发送完尚未处理的报文段后，发一个FIN报文给对方TCP，然后等待对方对FIN的确认，收到确认后关闭连接。若对方的确认未及时到达，在等待一段时间后也关闭连接。

 

3、双方同时启动关闭

连接双方的应用进程同时发送关闭命令，则双方TCP在发送完尚未处理的报文段后，发送FIN报文。各方TCP在FIN前所发报文都得到确认后，发ACK确认他收到的FIN。各方在收到对方FIN的确认后，同样等待一段时间后在关闭连接。这称之为同时关闭。

 

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同时关闭

双方都执行主动关闭是可能的，TCP协议也允许这样的同时关闭。

（1）当应用层发出关闭命令时，两端均从ESTABLISHED变为FIN_WAIT_1；

（2）这将导致双方各发送一个FIN，两个FIN经过网络传输后分别到达另一端；

（3）收到FIN后，状态由FIN_WAIT_1变迁到CLOSING，并发送最后的ACK；

（3）当收到ACK时，状态变化成TIME_WAIT。

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三、TCP有限状态机

客户端TCP状态迁移：

CLOSED -> SYN_SENT -> ESTABLISHED -> FIN_WAIT_1 -> FIN_WAIT_2 -> TIME_WAIT -> CLOSED

 

服务器TCP状态迁移：

CLOSED -> LISTEN -> SYN_RECEIVED -> ESTABLISHED -> CLOSE_WAIT -> LAST_ACK -> CLOSED

（1）CLOSED 状态时初始状态。关闭状态，没有连接活动或正在进行

（2）LISTEN:被动打开，服务器端的 状态变为LISTEN(监听)。

被动打开的概念：连接的一端的应用程序通知操作系统，希望建立一个传入的连接。这时候操作系统为连接的这一端建立一个连 接。

与之对应的是主动连接：应用程序通过主动打开请求来告诉操作系统建立一个连接。

（3）SYNRECVD:服务器端收到SYN后，状态为SYN；发送SYN ACK;

（4） SYN_SENTY:应用程序发送SYN后，状态为SYN_SENT；

（5）ESTABLISHED: SYNRECVD收到ACK后，状态为ESTABLISHED； SYN_SENT在收到SYN ACK，发送ACK，状态为ESTABLISHED；

（6）FIN_WAIT_1：（主动关闭）应用程序端发送FIN，准备断开TCP连接；状态从ESTABLISHED――>FIN_WAIT_1；

（7）FIN_WAIT_2：（主动关闭）应用程序端只收到服务器端的ACK信号，并没有收到FIN信号；说明服务器端还有数据传输，那么此时为半连接；

（8）TIME_WAIT:有两种方式进入 该状态：

1、FIN_WAIT_1进入：此时应用程序端口收到FIN+ACK（而不是像FIN_WAIT_2那样只收到ACK，说明数据已经发送完毕）并 向服务器端口发送ACK；

2、FIN_WAIT_2进入：此时应用程序端口收到了FIN，然后向服务器端发送ACK；TIME_WAIT是为了实现TCP 全双工连接的可靠性关闭，用来重发可能丢失的ACK报文；需要持续2个MSL(最大报文生存时间)：假设应用程序端口在进入TIME_WAIT后，2个 MSL时间内并没有收到FIN,说明应用程序最后发出的ACK已经收到了；否则，会在2个MSL内在此收到ACK报文；

（9） CLOSE_WAIT:（被动关闭）服务器端在收到FIN后，发送ACK，状态为CLOSE_WAIT；如果此时服务器端还有数据需要发送，那么就发送，直到数据发送完毕；此时，服务器端发送FIN，状态变为LAST_ACK;

（10）LAST-ACK:  （被动关闭）当被动关闭的一方在发送FIN报文后，等待对方的ACK报文的时候，就处于LAST_ACK 状态。当收到对方的ACK报文后，也就可以进入到CLOSED 可用状态了。