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  • TCP协议 状态解析和状态统计

     一、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]}'
    统计每个IP的连接数netstat -n | awk '/^tcp/ {print $5}' | awk -F: '{print $1}' | sort | uniq -c| sort -rn
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