TCP状态迁移，CLOSE_WAIT & FIN_WAIT2 的问题

TCP状态迁移
大家对netstat -a命令很熟悉吧，但是，你有没有注意到STATE一栏呢，基本上显示着established,time_wait,close_wait等，这些到底是什么意思呢，在这篇文章，我将会详细的阐述。
大家很明白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。但是大家明白关闭连接的工作原理吗？关闭连接要四次握手：发FIN包，ACK 包，FIN包，ACK包，四次握手！！为什么呢，因为TCP连接是全双工，我关了你的连接，并不等于你关了我的连接。
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收到->ESTABLISHED->CLOSE_WAIT->LAST_ACK->CLOSED
当客户端开始连接时，服务器还处于LISTENING，客户端发一个SYN包后，他就处于SYN_SENT状态,服务器就处于SYS收到状态,然后互相确认进入连接状态ESTABLISHED.

当客户端请求关闭连接时,客户端发送一个FIN包后,客户端就进入FIN_WAIT_1状态,等待对方的确认包,服务器发送一个ACK包给客户,客户端收 到ACK包后结束FIN_WAIT_1状态,进入FIN_WAIT_2状态,等待服务器发过来的关闭请求,服务器发一个FIN包后,进入 CLOSE_WAIT状态,当客户端收到服务器的FIN包,FIN_WAIT_2状态就结束,然后给服务器端的FIN包给以一个确认包,客户端这时进入 TIME_WAIT,当服务器收到确认包后,CLOSE_WAIT状态结束了,这时候服务器端真正的关闭了连接.但是客户端还在TIME_WAIT状态 下,什么时候结束呢.我在这里再讲到一个新名词:2MSL等待状态,其实TIME_WAIT就是2MSL等待状态,为什么要设置这个状态,原因是有足够的 时间让ACK包到达服务器端,如果服务器端没收到ACK包，超时了，然后重新发一个FIN包，直到服务器收到ACK包，TIME_WAIT状态等待时间是 在TCP重新启动后不连接任何请求的两倍.
大家有没有发现一个问题:如果对方在第三次握手的时候出问题,如发FIN包的时候,不知道什么原因丢了这个包,然而这边一直处在FIN_WAIT_2状 态,而且TCP/IP并没有设置这个状态的过期时间,那他一直会保留这个状态下去,越来越多的FIN_WAIT_2状态会导致系统崩溃.

上面我碰到的这个问题主要因为TCP的结束流程未走完，造成连接未释放。现设客户端主动断开连接，流程如下

 

如上图所示，

      Client                            消息                                    Server

         close()
                                      ------ FIN ------->
        FIN_WAIT1                                                         CLOSE_WAIT
                                      <----- ACK -------
        FIN_WAIT2
                                                                                  close()
                                       <------ FIN ------                    
        TIME_WAIT                                                       LAST_ACK      

                                      ------ ACK ------->
                                                                                   CLOSED
           CLOSED

由于Server的Socket在客户端已经关闭时而没有调用关闭，
造成服务器端的连接处在“挂起”状态，而客户端则处在等待应答的状态上。
此问题的典型特征是：
一端处于FIN_WAIT2 ，而另一端处于CLOSE_WAIT.

不过，根本问题还是程序写的不好，有待提高

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CLOSE_WAIT，TCP的癌症，TCP的朋友。

CLOSE_WAIT状态的生成原因
首先我们知道，如果我们的服务器程序APACHE处于CLOSE_WAIT状态的话，说明套接字是被动关闭的！

因为如果是CLIENT端主动断掉当前连接的话，那么双方关闭这个TCP连接共需要四个packet：

Client ---> FIN ---> Server

Client <--- ACK <--- Server

这时候Client端处于FIN_WAIT_2状态；而Server 程序处于CLOSE_WAIT状态。

Client <--- FIN <--- Server

这时Server 发送FIN给Client，Server 就置为LAST_ACK状态。

Client ---> ACK ---> Server

Client回应了ACK，那么Server 的套接字才会真正置为CLOSED状态。

Server 程序处于CLOSE_WAIT状态，而不是LAST_ACK状态，说明还没有发FIN给Client，那么可能是在关闭连接之前还有许多数据要发送或者其他事要做，导致没有发这个FIN packet。

通常来说，一个CLOSE_WAIT会维持至少2个小时的时间。如果有个流氓特地写了个程序，给你造成一堆的CLOSE_WAIT，消耗

你的资源，那么通常是等不到释放那一刻，系统就已经解决崩溃了。

只能通过修改一下TCP/IP的参数，来缩短这个时间：修改tcp_keepalive_*系列参数有助于解决这个问题。

 

连接进程是通过一系列状态表示的，这些状态有：LISTEN，SYN-SENT，SYN-RECEIVED，ESTABLISHED，FIN-WAIT-
1，FIN-WAIT-2，CLOSE-WAIT，CLOSING，LAST-ACK，TIME-WAIT和
CLOSED。CLOSED表示没有连接，各个状态的意义如下： LISTEN - 侦听来自远方TCP端口的连接请求； SYN-SENT -
在发送连接请求后等待匹配的连接请求； SYN-RECEIVED - 在收到和发送一个连接请求后等待对连接请求的确认； ESTABLISHED
- 代表一个打开的连接，数据可以传送给用户； FIN-WAIT-1 - 等待远程TCP的连接中断请求，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；
TCP连接过程是状态的转换，促使发生状态转换的是用户调用：OPEN，SEND，RECEIVE，CLOSE，ABORT和STATUS；传送过来的数
据段，特别那些包括以下标记的数据段SYN，ACK，RST和FIN；还有超时，上面所说的都会时TCP状态发生变化。

 

TCP连接的状态转换图

 

这 个 图 n 多人都知道， 它 对 排除和定位网 络或系统 故障 时 大有帮助，但是怎 样 牢牢地 将 这张图 刻在 脑 中呢？那 么 你就一定要 对这张图 的 每 一个状 态，及转换的过程有深刻地认识，不能只停留在一知半解之中。下面对这张图的 11 种状态详细解释一下，以便加强记忆！不过在这之前，先回顾一下 TCP 建立连接的三次握手过程，以及关闭连接的四次握手过程。

1 、建立连接协议（三次握手）
（ 1 ）客户端发送一个带 SYN 标志的 TCP 报文到服务器。这是三次握手过程中的报文 1 。

（ 2 ） 服务器端回应客户端的，这是三次握手中的第 2 个报文，这个报文同时带 ACK 标志和 SYN 标志。因此它表示对刚才客户端 SYN 报文的回应；同时又标志 SYN 给客户端，询问客户端是否准备好进行数据通讯。

（ 3 ） 客户必须再次回应服务段一个 ACK 报文，这是报文段 3 。

2 、连接终止协议（四次握手）
　 　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（报文段 4 ）。
　（ 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 （报文段 5 ）。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（报文段 6 ）。
　（ 4 ） 客户段发回 ACK 报文确认，并将确认序号设置为收到序号加 1 （报文段 7 ）。

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。

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。

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，也即会出现 CLOSING 状态，表示双方都正在关闭 SOCKET 连接。

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察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。

最后有 2 个问题的回答，我自己分析后的结论（不一定保证 100% 正确）

1、 为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？

这是因为服务端的 LISTEN 状态下的 SOCKET 当收到 SYN 报文的建连请求后，它可以把 ACK 和 SYN （ ACK 起应答作用，而 SYN 起同步作用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的 FIN 报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以未必会马上会关闭 SOCKET, 也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送 FIN 报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的 ACK 报文和 FIN 报文多数情况下都是分开发送的。

2、 为什么 TIME_WAIT 状态还需要等 2MSL 后才能返回到 CLOSED 状态？

这是因为：虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的 4 个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到 CLOSED 状态（就好比从 SYN_SEND 状态到 ESTABLISH 状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的 ACK 报文会一定被对方收到，因此对方处于 LAST_ACK 状态下的 SOCKET 可能会因为超时未收到 ACK 报文，而重发 FIN 报文，所以这个 TIME_WAIT 状态的作用就是用来重发可能丢失的 ACK 报文，并保证于此。