tcp关闭状态详解

Posted 2020-07-31 borey

 tcp关闭连接不区分客户端和服务端，哪一端口可以主动发起关闭连接请求。所以为了描述方便，描述中的“主动方”表示主动发起关闭连接一方，“被动方”表示被动关闭连接一方。

1. tcp关闭连接状态转换

 

 

上图是tcp连接主动关闭端的状态转换图：

（1）应用层调用close函数发起关闭连接请求

（2）发送FIN到对端，关闭写通道，自己进入FIN_WAIT1状态

（3）等待对端的确认ACK到来，接受到ACK后进入FIN_WAIT2状态；如果在超时时间内没有收到确认ACK直接进入CLOSED状态

（4）如果在FIN_WAIT1状态时收到了对端的FIN则进入CLOSING状态（双发都发出了关闭连接请求）

（5）在FIN_WAIT2接受到了对端FIN后进入TIME_WAIT状态；如果在超时时间内没有收这个FIN则直接进入CLOSED状态

（6）在TIME_WAIT状态等待2个MSL（2个报文最长存活周期）后进入CLOSED状态

 

 

 

上图是tcp连接被动关闭方的状态转换图

（1）收到对端FIN后，关闭读通道进入CLOSE_WAIT状态

（2）在CLOSE_WAIT状态等待应用层调用close函数关闭连接

（3）如果在超时时间内调用了close，则进入LAST_ACK状态；否则直接进入CLOSED状态

（4）在LAST_ACK状态，发送FIN到对端并等待对端的确认ACK

（5）如果在超时时间内收到了确认ACK则进入CLOSED状态，否则直接进入CLOSED状态

 

2. 状态分析

2.1 FIN_WAIT1

这个状态在实际的工作中很少见。主动方调用close函数关闭连接后立刻进入FIN_WAIT1状态，此时只要收到对端确认ACK后马上会进入FIN_WAIT2状态。因为对端确认ACK是TCP协议栈自己控制的，所以很快就会发出。出现场景：主动方等待ACK过程中网络断掉了，导致长时间收不到ACK，主动方就会停留在CLOSE_WAIT1状态上（超时时间：一般默认60s超时）。此时我们可以使用netstat -anpt 命令看到这种状态。

NOTE：这个状态如果超时，将直接进入CLOSED状态。关于超时时间你可能需要了解：tcp_fin_timeout这个配置参数。

 

2.2 FIN_WAIT2

这个状态比较常见。主动端在等待对端FIN到来过程中，会一你直保持这个状态（超时时间：一般默认是60s）。由于网络中断，或者对端很忙还没来得及发送FIN、或者对端有bug忘记关闭连接等都会导致主动端长时间处于FIN_WAIT2状态。如果主动方发现大量FIN_WAIT2状态时，应该引起相关人员的注意，这可能是网络不稳、对端程序bug的表现。

NOTE：这个状态如果超时，将直接进入CLOSED状态。关于超时时间你可能需要了解：tcp_fin_timeout这个配置参数。

 

2.3 TIME_WAIT

这个状态最常见。主动方收到对端的FIN后进入TIME_WAIT状态。然后发送最后一个确认ACK到对端。之后等待2个最大的报文存活周期，正常的关闭流程客户端TCP连接都会经过这个状态，最终进入CLOSED状态。所以我们使用netstat -anpt命令发现客户端有很多的TIME_WAIT，一般这是正常的现象。

NOTE：

* 这个状态的连接还没有真正关闭，所以占用的文件句柄和端口号等资源也没有释放。如果TIME_WAIT状态的连接过多，将会导致文件句柄或者端口号等资源不足。如果你想控制这个状态连接的数量，你可能需要详细了解：tcp_max_tw_buckets tcp_tw_recycle tcp_tw_reuse三个系统配置。

* 对于有大量短链接服务的服务器来说，服务端主动关闭连接会产生大量的TIME_WAIT，如果不及时回收这些个连接会造成资源严重浪费。不过一个应用层系统都有自己最大并发连接数限制、操作系统也有最大TIME_WAIT连接数限制。所以一般也不会产生大的问题。

* 等待2MSL的原因：

（1）保证残留网络报不会被新连接接收而产生数据错乱。由于自己上一次发送的数据包可能还残留在网络中，等待2MSL时间可以保证所有残留的网络报在自己关闭前都已经超时。

（2）确保自己最后ACK发到对端。因为ACK发送也可能会失败，这是对端会重新发送FIN，如果已经CLOSED了那么对端将收到RST而不是ACK了，这不符合TCP可靠关闭策略。

 

2.4 CLOSING

双发几乎同时都调用了close接口主动关闭连接，此时都进入了FIN_WAIT1状态。如果在FIN_WAIT1状态期望收到对方的ACK但却收到了对方的FIN，这时候双方都进入CLOSING状态。然后都给对方一个ACK确认，收到了ACK后就会进入CLOSED状态了。

NOTE：这个状态如果超时，将直接进入CLOSED状态。关于这个超时时间的设置我暂时还没有找到？

 

2.5 CLOSE_WAIT（重点说明下这个状态）

这个状态表明TCP连接等待被关闭。只可能在被动方出现。如果被动方存在大量的CLOSE_WAIT状态需要因为我们的特别注意了。我们要仔细研究确认为什么被动方迟迟不愿关闭连接（或许是我们程序中的bug开启了连接，用完后却忘记关闭）

目前开发过程中遇到如下这个场景导致被动方有很多的CLOSE_WAIT状态：

A是一个应用程序，B是一个tomcat服务器

A开了一个连接Conn，发送请求给B

A接受相应数据后没有调用Conn.close关闭连接，在A端垃圾回收这些Conn对象前，这些连接一直保持着

B端的连接超时后会主动发起关闭连接请求给A，此时A进入了CLOSE_WAIT状态，B进入了FIN_WAIT2状态，由于A迟迟不发送FIN给B，B端触发timeout直接进入了CLOSED状态。

这样一个场景B端由于有超时设置一个为60s，不会存在大量的FIN_WAIT2状态

但是A端就会残留大量的CLOSE_WAIT状态（CLOSE_WAIT状态也有超时，但是太大，默认为43200s，详情见tcp_timeout_close_wait系统配置）。还好A端的java虚拟机的最大对内存配置较小，由于CLOSE_WAIT状态连接同样占用了内存资源，数量很多后就会触发垃圾回收，此时A端的CLOSE_WAIT的连接Conn对象就会被销毁了（同时内存和句柄、端口等资源也被释放了）

很明显这是一个bug导致的问题，如果没有及时回收的话，就会把内存、句柄或者端口等资源给用完，导致程序crash掉。

 

2.6 LAST_ACK

这个状态只可能在被动端出现。当被动端调用close接口关闭连接后便会进入这个状态，同时发送一个FIN给对端。在接受对端的ACK确认后便会进入CLOSED状态，这个状态一般不易出现，除非网络中断，一般对端会很快给与响应的。

 

2.7 状态总结

主动端可能出现的状态：FIN_WAIT1、FIN_WAIT2、CLOSING、TIME_WAIT

被动端可能出现的状态：CLOSE_WAIT LAST_ACK

叙述中提到的超时时间在我的另一片文章tcp连接超时那点事中有具体的分析

 

NOTE：

（1）主动端出现大量的FIN_WAIT1时需要注意网络是否畅通、出现大量的FIN_WAIT2需要仔细检查程序为何迟迟收不到对端的FIN（可能是主动方或者被动方的bug）、出现大量的TIME_WAIT需要注意系统的并发量/socket句柄资源/内存使用/端口号资源等。

（2）被动端出现大量的 CLOSE_WAIT 需要仔细检查为何自己迟迟不愿调用close关闭连接（可能是bug，socket打开用完没有关闭）