TCP链接的状态转换图深度剖析

 

 

状态：描述
CLOSED：无链接是活动的或正在进行
LISTEN：服务器在等待进入呼叫
SYN_RECV：一个链接请求已经到达，等待确认
SYN_SENT：应用已经开始，打开一个链接
ESTABLISHED：正常数据传输状态
FIN_WAIT1：应用说它已经完成
FIN_WAIT2：另外一边已赞成释放
ITMED_WAIT：等待全部分组死掉
CLOSING：两边同时尝试关闭
TIME_WAIT：另外一边已初始化一个释放
LAST_ACK：等待全部分组死掉
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，可是怎样紧紧地将这张图刻在脑中呢？那么你就必定要对这张图的每个状态，及转换的过程有深入地认识，不能只停留在只知其一;不知其二之中。下面对这张图的11种状态详细解释一下，以便增强记忆！不过在这以前，先回顾一下TCP创建链接的三次握手过程，以及关闭链接的四次握手过程。

一、创建链接协议（三次握手）
（1）客户端发送一个带SYN标志的TCP报文到服务器。这是三次握手过程当中的报文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。所以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信。

（3） 客户必须再次回应服务段一个ACK报文，这是报文段3。

二、链接终止协议（四次握手）
因为TCP链接是全双工的，所以每一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来终止这个方向的链接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP链接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另外一方执行被动关闭。

（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同样，一个FIN将占用一个序号。
（3） 服务器关闭客户端的链接，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: 这个也是很是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，能够接受链接了。

SYN_RCVD: 这个状态表示接受到了SYN报文，在正常状况下，这个状态是服务器端的SOCKET在创建TCP链接时的三次握手会话过程当中的一个中间状态，很短暂，基本上用netstat你是很难看到这种状态的，除非你特地写了一个客户端测试程序，故意将三次TCP握手过程当中最后一个ACK报文不予发送。所以这种状态时，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链接时，它首先发送SYN报文，所以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，表示链接已经创建了。

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状态其实是当SOCKET在ESTABLISHED状态时，它想主动关闭链接，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，固然在实际的正常状况下，不管对方何种状况下，都应该立刻回应ACK报文，因此FIN_WAIT_1状态通常是比较难见到的，而FIN_WAIT_2状态还有时经常能够用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，表示半链接，也即有一方要求close链接，但另外还告诉对方，我暂时还有点数据须要传送给你，稍后再关闭链接。

TIME_WAIT: 表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，就等2MSL后便可回到CLOSED可用状态了。若是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，能够直接进入到TIME_WAIT状态，而无须通过FIN_WAIT_2状态。

CLOSING: 这种状态比较特殊，实际状况中应该是不多见，属于一种比较罕见的例外状态。正常状况下，当你发送FIN报文后，按理来讲是应该先收到（或同时收到）对方的ACK报文，再收到对方的FIN报文。可是CLOSING状态表示你发送FIN报文后，并无收到对方的ACK报文，反而却也收到了对方的FIN报文。什么状况下会出现此种状况呢？其实细想一下，也不可贵出结论：那就是若是双方几乎在同时close一个SOCKET的话，那么就出现了双方同时发送FIN报文的状况，也即会出现CLOSING状态，表示双方都正在关闭SOCKET链接。

CLOSE_WAIT: 这种状态的含义实际上是表示在等待关闭。网络工程师怎么理解呢？当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给本身，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，实际上你真正须要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方，若是没有的话，那么你也就能够close这个SOCKET，发送FIN报文给对方，也即关闭链接。因此你在CLOSE_WAIT状态下，须要完成的事情是等待你去关闭链接。

LAST_ACK: 这个状态仍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，也便可以进入到CLOSED可用状态了。

最后有2个问题的回答，我本身分析后的结论（不必定保证100%正确）

一、 为何创建链接协议是三次握手，而关闭链接倒是四次握手呢？

这是由于服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它能够把ACK和SYN（ACK起应答做用，而SYN起同步做用）放在一个报文里来发送。但关闭链接时，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；但未必你全部的数据都所有发送给对方了，因此你能够未必会立刻会关闭SOCKET,也即你可能还须要发送一些数据给对方以后，再发送FIN报文给对方来表示你赞成如今能够关闭链接了，因此它这里的ACK报文和FIN报文多数状况下都是分开发送的。

二、 为何TIME_WAIT状态还须要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？

这是由于：虽然双方都赞成关闭链接了，并且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理能够直接回到CLOSED状态（就比如从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；可是由于咱们必需要假想网络是不可靠的，你没法保证你最后发送的ACK报文会必定被对方收到，所以对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会由于超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，因此这个TIME_WAIT状态的做用就是用来重发可能丢失的ACK报文.