TCP的三次握手與四次揮手過程,各個狀態名稱與含義


三次握手

第一次握手:主機A發送位碼為syn=1,隨機產生seq number=10001的數據包到服務器,主機B由SYN=1知道,A要求建立聯機,此時狀態為SYN_SENT; 
第二次握手:主機B收到請求后要確認聯機信息,向A發送ack number=(主機A的seq+1),syn=1,ack=1,隨機產生seq=20001的包,此時狀態由LISTEN變為SYN_RECV; 
第三次握手:主機A收到后檢查ack number是否正確,即第一次發送的seq number+1,以及位碼ack是否為1,若正確,主機A會再發送ack number=(主機B的seq+1),ack=1,主機B收到后確認seq值與ack=1則連接建立成功,雙方狀態ESTABLISHED。

完成三次握手,主機A與主機B開始傳送數據

    • 各個狀態名稱與含義

      CLOSED: 這個沒什么好說的了,表示初始狀態。 
      LISTEN: 這個也是非常容易理解的一個狀態,表示服務器端的某個SOCKET處於監聽狀態,可以接受連接了。 
      SYN_RECV: 這個狀態表示接受到了SYN報文,在正常情況下,這個狀態是服務器端的SOCKET在建立TCP連接時的三次握手會話過程中的一個中間狀態,很短暫,基本 上用netstat你是很難看到這種狀態的,除非你特意寫了一個客戶端測試程序,故意將三次TCP握手過程中最后一個ACK報文不予發送。因此這種狀態 時,當收到客戶端的ACK報文后,它會進入到ESTABLISHED狀態。 
      SYN_SENT: 這個狀態與SYN_RECV遙想呼應,當客戶端SOCKET執行CONNECT連接時,它首先發送SYN報文,因此也隨即它會進入到了SYN_SENT狀 態,並等待服務端的發送三次握手中的第2個報文。SYN_SENT狀態表示客戶端已發送SYN報文。 
      ESTABLISHED:這個容易理解了,表示連接已經建立了。

    • 四次揮手

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      FIN_WAIT_1: 這個狀態要好好解釋一下,其實FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2狀態的真正含義都是表示等待對方的FIN報文。而這兩種狀態的區別 是:FIN_WAIT_1狀態實際上是當SOCKET在ESTABLISHED狀態時,它想主動關閉連接,向對方發送了FIN報文,此時該SOCKET即 進入到FIN_WAIT_1狀態。而當對方回應ACK報文后,則進入到FIN_WAIT_2狀態,當然在實際的正常情況下,無論對方何種情況下,都應該馬 上回應ACK報文,所以FIN_WAIT_1狀態一般是比較難見到的,而FIN_WAIT_2狀態還有時常常可以用netstat看到。 
      FIN_WAIT_2:上面已經詳細解釋了這種狀態,實際上FIN_WAIT_2狀態下的SOCKET,表示半連接,也即有一方要求close連接,但另外還告訴對方,我暫時還有點數據需要傳送給你,稍后再關閉連接。 
      TIME_WAIT: 表示收到了對方的FIN報文,並發送出了ACK報文,就等2MSL后即可回到CLOSED可用狀態了。如果FIN_WAIT_1狀態下,收到了對方同時帶 FIN標志和ACK標志的報文時,可以直接進入到TIME_WAIT狀態,而無須經過FIN_WAIT_2狀態。 
      CLOSING: 這種狀態比較特殊,實際情況中應該是很少見,屬於一種比較罕見的例外狀態。正常情況下,當你發送FIN報文后,按理來說是應該先收到(或同時收到)對方的 ACK報文,再收到對方的FIN報文。但是CLOSING狀態表示你發送FIN報文后,並沒有收到對方的ACK報文,反而卻也收到了對方的FIN報文。什 么情況下會出現此種情況呢?其實細想一下,也不難得出結論:那就是如果雙方幾乎在同時close一個SOCKET的話,那么就出現了雙方同時發送FIN報 文的情況,也即會出現CLOSING狀態,表示雙方都正在關閉SOCKET連接。 
      CLOSE_WAIT: 這種狀態的含義其實是表示在等待關閉。怎么理解呢?當對方close一個SOCKET后發送FIN報文給自己,你系統毫無疑問地會回應一個ACK報文給對 方,此時則進入到CLOSE_WAIT狀態。接下來呢,實際上你真正需要考慮的事情是察看你是否還有數據發送給對方,如果沒有的話,那么你也就可以 close這個SOCKET,發送FIN報文給對方,也即關閉連接。所以你在CLOSE_WAIT狀態下,需要完成的事情是等待你去關閉連接。 
      LAST_ACK: 這個狀態還是比較容易好理解的,它是被動關閉一方在發送FIN報文后,最后等待對方的ACK報文。當收到ACK報文后,也即可以進入到CLOSED可用狀態了。

    • 為什么建立連接協議是三次握手,而關閉連接卻是四次握手呢? 
      這 是因為服務端的LISTEN狀態下的SOCKET當收到SYN報文的建連請求后,它可以把ACK和SYN(ACK起應答作用,而SYN起同步作用)放在一 個報文里來發送。但關閉連接時,當收到對方的FIN報文通知時,它僅僅表示對方沒有數據發送給你了;但未必你所有的數據都全部發送給對方了,所以你可以未 必會馬上會關閉SOCKET,也即你可能還需要發送一些數據給對方之后,再發送FIN報文給對方來表示你同意現在可以關閉連接了,所以它這里的ACK報文 和FIN報文多數情況下都是分開發送的。

    • 為什么TIME_WAIT狀態還需要等2MSL后才能返回到CLOSED狀態? 
      因為雖然雙方都同意關閉連接了,而且握手的4個報文也都發送完畢,按理可以直接回到CLOSED 狀態(就好比從SYN_SENT 狀態到ESTABLISH 狀態那樣),但是我們必須假想網絡是不可靠的,你無法保證你(客戶端)最后發送的ACK報文一定會被對方收到,就是說對方處於LAST_ACK 狀態下的SOCKET可能會因為超時未收到ACK報文,而重發FIN報文,所以這個TIME_WAIT 狀態的作用就是用來重發可能丟失的ACK報文。

    • 關閉TCP連接一定需要4次揮手嗎? 
      不一定,4次揮手關閉TCP連接是最安全的做法。但在有些時候,我們不喜歡TIME_WAIT 狀態(如當MSL數值設置過大導致服務器端有太多TIME_WAIT狀態的TCP連接,減少這些條目數可以更快地關閉連接,為新連接釋放更多資源),這時我們可以通過設置SOCKET變量的SO_LINGER標志來避免SOCKET在close()之后進入TIME_WAIT狀態,這時將通過發送RST強制終止TCP連接(取代正常的TCP四次握手的終止方式)。但這並不是一個很好的主意,TIME_WAIT 對於我們來說往往是有利的。


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