Windows网络编程学习笔记(7) TCP socket 状态转换过程

TCP socket 状态转换过程

编写Winsock程序时，你可以不知道TCP状态转换，但是如果你想知道Winsock API调用如何影响底层协议时，你需要知道它。本章将详解服务端、客户端建立以及退出时的 TCP SOCKET 状态转换情况。

TCP的状态转换过程即众所周知的TCP三次握手。

TCP socket服务端建立状态转换过程:

所有socket都从 CLOSED 状态开始，当服务端socket绑定完周知地址并监听后，此时socket状态变为LISTEN。当一个客户端尝试连接时，服务端将收到其发出的 SYN ，故回复 SYN_ACK 并进入 SYN_RCVD 状态。最后，客户端发送最后的 ACK ，时服务端转换为ESTABLISHED 状态。

图1:TCP socket服务端建立状态转换图

TCP socket客户端建立状态转换过程:

客户端socket也从 CLOSED 开始，当建立连接时，向服务端发送一个含有 SYN 消息的数据包，然后客户端socket将进入SYN_SENT 状态，服务端收到 SYN 会对应发送确认消息：SYN-ACK。客户端收到这个回复后做出肯定回答：发送一个ACK。此时客户端socket将进入ESTABLISHED 状态。如果服务器没有及时响应而发送 SYN-ACK ，超时后时客户端socket将回到CLOSED 状态。

图2:TCP socket客户端建立状态转换图

TCP socket关闭状态转换过程:

一旦应用在 ESTABLISHED 状态时，有两种方式来关闭。

1.积极关闭 (Active socket closure)      2.消极关闭 (Active socket closure)

如果你的应用(客户端)请求关闭，则为积极关闭，否则为消极关闭。

积极关闭：

如果你主动申请关闭，你的应用使用closesocket() 或shutdown(第二个参数为SD_SEND)关闭连接时，
将向服务端发送 FIN ，此时你的socket变为 FIN_WAIT_1状态。
通常服务器会回复 ACK ，然后你的socket会变为 FIN_WAIT_2状态。
然后服务器关闭连接，并发送 FIN ，你的客户端收到后回复 ACK 并进入 TIME_WAIT 状态。
在积极关闭中，有另外两种方式进入 TIME_WAIT 状态。当客户端和服务端同时发起关闭时，
可能存在这两种情形：

1.客户端发送 FIN ，同时服务端发送 FIN ，此时socket进入CLOSING 状态，然后客户端回复 ACK 并进入TIME_WAIT 状态。

2.客户端发送 FIN ，同时服务端发送 FIN 并在短时间内发送 FIN_ACK，此时socket直接从 FIN_WAIT_1 进入TIME_WAIT状态。

TIME_WAIT 状态又称为 2MSL 等待状态。

MSL 表示最大报文段生命周期，即一个报文段在销毁之前能够存在与网络中的最长时间。每一个IP包有一个生命周期域(TTL)，TTL是一个整数值，IP包没经过一个路由时TTL减一，TTL为0时该IP数据包被丢弃。一旦应用进入TIME_WAIT 状态，它保留了两倍MSL时间，使之能够发送最后一个ACK并且接收服务器发送的FIN。

消极关闭：

服务器发起关闭请求，向客户端发送 FIN ，客户端接收后回复 ACK 并进入 CLOSE_WAIT状态。然后客户端关闭socket，向服务端发送 FIN 并进入 LAST_ACK 状态。客户端接收最后一个 ACK 后进入 CLOSED 状态。

图3:TCP socket关闭状态转换图(左边为积极关闭，右边为消极关闭)

有关TCP/IP协议的更多信息, 参考 RFC 793. http://www.rfc-editor.org.