TCP状态转换图

TCP状态转换图_第1张图片

 

n 多人都知道, 排除和定位网 络或系统 故障 大有帮助,但是怎 牢牢地 这张图 刻在 中呢?那 你就一定要 对这张图 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 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 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 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。

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