TCP协议状态转换详解

Posted 2021-04-15 大快搜索

三次握手和四次挥手

1、建立连接（三次握手）

  （1）服务器会处于listen状态，客户端发送一个带SYN标志的TCP报文到服务器。

  （2）服务器端回应客户端的请求，这是三次握手中的第2个报文，这个报文同时带SYN标志和ACK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，这个时候两端就处于已经建立连接

2、终止连接（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） 客户端发送一个FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送。

（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。

（3） 服务器关闭客户端的连接，发送一个FIN给客户端 。

（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。

二、TCP协议状态解析

 

------------------------------------------------------------------------发起握手阶段---------------------------------------------------------------------------

CLOSED: 表示初始状态。

LISTEN: 表示服务器端的某个SOCKET处于监听状态，可以接受连接。

SYN_RCVD: 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遥相呼应，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：表示连接已经建立，这是双方进行正常通信所处的状态。

-------------------------------------------------------------------------主动关闭阶段--------------------------------------------------------------------------

FIN_WAIT_1：本地发送FIN(用于结束连接的）数据包后即可进入该状态，等待对方的应答。一般一端发送完其所要发送的数据后，即可发送FIN数据包，此时发送通道被关闭，但仍可继续接受远端发送的数据包。在接受到远端发送的对于FIN数据包的ACK应答后，将进入FIN_WAIT_2状态。

FIN_WAIT_2：进入该状态表示本地已经接收到远端发送的对于本地之前发送的FIN数据包的ACK应答。进入该状态后，本地仍然可以继续接受远端发送给本地的数据包。在接受到远端发送的FIN数据包后（表示远端也已经发送完数据），本地将发送一个应答数据包，并进入TCP_TIME_WAIT状态。TIME_WAIT状态存在的时间被称为2MSL时间，这一方面是为避免本地发送的应答数据包丢失，另一方面避免一个新创建的套接字接收到旧套接字中遗留的数据包。

其实FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示（主动关闭阶段）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立即进入到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(2倍报文段寿命)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。

该转状态被称为2MSL等待状态。如果在此期间接收到远端发送的FIN数据包，则表示之前在TCP_FIN_WAIT_2状态发送的ACK应答数据包在传输中丢失或者长时间被延迟，从而造成了远端重新发送了FIN数据包，此时重复ACK应答数据包。一旦2MSL时间到期，则将进入TCP_CLOSED状态，即完成关闭操作。

 

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。

------------------------------------------------------------------------被动关闭阶段---------------------------------------------------------------------------

 CLOSE_WAIT: 当对方率先发送FIN报文给自己，本地系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对方，此时套接字状态从ESTABLISED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。

该状态存在于被动关闭（后关闭）的一端。当接收到远端发送的FIN数据包后，本地发送一个ACK应答数据包，并将该套接字状态从ESTABLISED设置为CLOSE_WAIT。本地可以继续向远端发送数据包，在发送完所有的数据后，本地将发送一个FIN数据包关闭本地发送通道，并将状态设置为LAST_ACK状态，等待远端对FIN数据包的应答数据包。

 

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。

三、状态统计

统计TCP状态：netstat -ant | awk '/^tcp/{++State[$NF]} END {for (key in State) print key,State[key]}'