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  • TCP状态迁移

    TCP的状态变迁图
    CLOSED:表示初始状态。对服务端和C客户端双方都一样。
    LISTEN:表示监听状态。服务端调用了listen函数,可以开始accept连接了。
    SYN_SENT:表示客户端已经发送了SYN报文。当客户端调用connect函数发起连接时,首先发SYN给服务端,然后自己进入SYN_SENT状态,并等待服务端发送ACK+SYN。
    SYN_RCVD:表示服务端收到客户端发送SYN报文。服务端收到这个报文后,进入SYN_RCVD状态,然后发送ACK+SYN给客户端。
    ESTABLISHED:表示连接已经建立成功了。服务端发送完ACK+SYN后进入该状态,客户端收到ACK后也进入该状态。
    FIN_WAIT_1:表示主动关闭连接。无论哪方调用close函数发送FIN报文都会进入这个这个状态。
    FIN_WAIT_2:表示被动关闭方同意关闭连接。主动关闭连接方收到被动关闭方返回的ACK后,会进入该状态。
    TIME_WAIT:表示收到对方的FIN报文并发送了ACK报文,就等2MSL后即可回到CLOSED状态了。如果FIN_WAIT_1状态下,收到对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时,可以直接进入TIME_WAIT状态,而无须经过FIN_WAIT_2状态。
    CLOSING:表示双方同时关闭连接。如果双方几乎同时调用close函数,那么会出现双方同时发送FIN报文的情况,此时就会出现CLOSING状态,表示双方都在关闭连接。
    CLOSE_WAIT:表示被动关闭方等待关闭。当收到对方调用close函数发送的FIN报文时,回应对方ACK报文,此时进入CLOSE_WAIT状态。
    LAST_ACK:表示被动关闭方发送FIN报文后,等待对方的ACK报文状态,当收到ACK后进入CLOSED状态。 
     
    我们用上图来显示在正常的 TCP 连接的建立与终止过程中,客户与服务器所经历的不同状态。
    1、服务器端首先执行 LISTEN 原语进入被动打开状态( LISTEN ),等待客户端连接;
    2、当客户端的一个应用程序发出 CONNECT 命令后,本地的 TCP 实体为其创建一个连接记录并标记为 SYN SENT 状态,然后给服务器发送一个 SYN 报文段;
    3、服务器收到一个 SYN 报文段,其 TCP 实体给客户端发送确认 ACK 报文段同时发送一个 SYN 信号,进入 SYN RCVD 状态;
    4、客户端收到 SYN + ACK 报文段,其 TCP 实体给服务器端发送出三次握手的最后一个 ACK 报文段,并转换为 ESTABLISHED 状态;
    5、服务器端收到确认的 ACK 报文段,完成了三次握手,于是也进入 ESTABLISHED 状态。
     
    在此状态下,双方可以自由传输数据。当一个应用程序完成数据传输任务后,它需要关闭 TCP 连接。假设仍由客户端发起主动关闭连接。
    1、客户端执行 CLOSE 原语,本地的 TCP 实体发送一个 FIN 报文段并等待响应的确认(进入状态 FIN WAIT 1 );
    2、服务器收到一个 FIN 报文段,它确认客户端的请求发回一个 ACK 报文段,进入 CLOSE WAIT 状态;
    3、客户端收到确认 ACK 报文段,就转移到 FIN WAIT 2 状态,此时连接在一个方向上就断开了;
    4、服务器端应用得到通告后,也执行 CLOSE 原语关闭另一个方向的连接,其本地 TCP 实体向客户端发送一个 FIN 报文段,并进入 LAST ACK 状态,等待最后一个 ACK 确认报文段;
    5、客户端收到 FIN 报文段并确认,进入 TIMED WAIT 状态,此时双方连接均已经断开,但 TCP 要等待一个 2 倍报文段最大生存时间 MSL,确保该连接的所有分组全部消失,以防止出现确认丢失的情况。当定时器超时后, TCP 删除该连接记录,返回到初始状态( CLOSED )。
    6、服务器收到最后一个确认 ACK 报文段,其 TCP 实体便释放该连接,并删除连接记录,返回到初始状态( CLOSED )。
     
    TCP正常连接建立和终止所对应的状态
            
    TCP 协议终止一个连接要经过 4 次挥手。这是因为 TCP 的半关闭( half-close )造成的。由于一个 TCP 连接是全双工(即数据在两个方向上能同时传递),因此每个方向必须单独地进行关闭。关闭的原则就是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个 FIN 来终止这个方向连接。当一端收到一个 FIN ,它必须通知应用层另一端已经终止了那个方向的数据传送。发送 FIN 通常是应用层进行关闭的结果。
     
    TIME_WAIT状态
    TIME_WAIT状态也称为2MSL等待状态。每个具体TCP实现必须选择一个报文段最大生存时间MSL。它是任何报文段被丢弃前在网络内的最长时间。RFC 793指出MSL为2分钟,现实中的常用值为30秒,1分钟或2分钟。
    对一个具体实现所给定的MSL值,处理的原则是:当TCP执行一个主动关闭,并发回后一个ACK,该连接必须在TIME_WAIT状态停留的时间为2倍的MSL。这样可以让TCP再次发送最后的ACK以防这个ACK丢失(另一端超时并重发最后的FIN)。
    这种2MSL等待的另一个结果是这个TCP连接在2MSL等待期间,定义这个连接的插口(客户的IP地址和端口号,服务器的IP地址和端口号)不能再被使用。这个连接只能在2MSL结束后才能被使用。
    在连接处于2MSL等待时,任何迟到的报文段将被丢弃。
     
    FIN_WAIT_2状态
    在FIN_WAIT_2状态我们已经发出了FIN,并且另一端也已对它进行确认。除非我们在实行半关闭,否则将等待另一端的应用意识到它已经收到一个文件结束符说明,并向我们发一个FIN来关闭另一方向的连接。只有当另一端的进程完成这个关闭,我们这端才会从FIN_WAIT_2状态进入TIME_WAIT状态。
    这意味着我们这端可能永远保持这个状态。另一端也将处于CLOSE_WAIT状态,并一直保持这个状态直到应用层决定进行关闭。
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