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【建立TCP連接】（三次握手）
由于TCP協(xié)議提供可靠的連接服務(wù)，于是采用有保障的三次握手方式來創(chuàng)建一個TCP連接,。三次握手的具體過程如下：
- 客戶端發(fā)送一個帶SYN標(biāo)志的TCP報文（報文1）到服務(wù)器端,，表示希望建立一個TCP連接。
- 服務(wù)器發(fā)送一個帶ACK標(biāo)志和SYN標(biāo)志的TCP報文（報文2）給客戶端,，ACK用于對報文1的回應(yīng),，SYN用于詢問客戶端是否準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
- 客戶端發(fā)送一個帶ACK標(biāo)志的TCP報文（報文3）,，作為報文2的回應(yīng),。
至此，一個TCP連接就建立起來了,。（詳見下圖）
【終止TCP連接】（四次揮手）
由于TCP連接是全雙工的,，因此每個方向都必須單獨進(jìn)行關(guān)閉。原則是主動關(guān)閉的一方（如已傳輸完所有數(shù)據(jù)等原因）發(fā)送一個FIN報文來表示終止這個方向的連接,，收到一個FIN意味著這個方向不再有數(shù)據(jù)流動,，但另一個方向仍能繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，直到另一個方向也發(fā)送FIN報文,。四次揮手的具體過程如下：
- 客戶端發(fā)送一個FIN報文（報文4）給服務(wù)器,，表示我將關(guān)閉客戶端到服務(wù)器端這個方向的連接。
- 服務(wù)器收到報文4后，發(fā)送一個ACK報文（報文5）給客戶端,，序號為報文4的序號加1,。
- 服務(wù)器發(fā)送一個FIN報文（報文6）給客戶端，表示自己也將關(guān)閉服務(wù)器端到客戶端這個方向的連接,。
- 客戶端收到報文6后,，發(fā)回一個ACK報文（報文7）給服務(wù)器，序號為報文6的序號加1,。
至此,，一個TCP連接就關(guān)閉了。（4次揮手不是關(guān)閉TCP連接的唯一辦法,，見下文Q3疑問）
【TCP連接狀態(tài)】
下面是每一個TCP連接在任意時刻可能處于的狀態(tài),，在Linux下可以在netstat命令的最后一列（State列）里看到。
各個狀態(tài)的含義如下：
- CLOSED ：初始狀態(tài),，表示TCP連接是“關(guān)閉著的”或“未打開的”,。
- LISTEN ：表示服務(wù)器端的某個SOCKET處于監(jiān)聽狀態(tài)，可以接受客戶端的連接,。
- SYN_RCVD ：表示接收到了SYN報文,。在正常情況下，這個狀態(tài)是服務(wù)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(tài),，很短暫,，基本上用netstat很難看到這種狀態(tài)，除非故意寫一個監(jiān)測程序,，將三次TCP握手過程中最后一個ACK報文不予發(fā)送,。當(dāng)TCP連接處于此狀態(tài)時，再收到客戶端的ACK報文,，它就會進(jìn)入到ESTABLISHED 狀態(tài),。
- SYN_SENT ：這個狀態(tài)與SYN_RCVD 狀態(tài)相呼應(yīng)，當(dāng)客戶端SOCKET執(zhí)行connect()進(jìn)行連接時,，它首先發(fā)送SYN報文,，然后隨即進(jìn)入到SYN_SENT 狀態(tài)，并等待服務(wù)端的發(fā)送三次握手中的第2個報文,。SYN_SENT 狀態(tài)表示客戶端已發(fā)送SYN報文,。
- ESTABLISHED ：表示TCP連接已經(jīng)成功建立,。
- FIN_WAIT_1 ：這個狀態(tài)得好好解釋一下,，其實FIN_WAIT_1 和FIN_WAIT_2 兩種狀態(tài)的真正含義都是表示等待對方的FIN報文。而這兩種狀態(tài)的區(qū)別是：FIN_WAIT_1狀態(tài)實際上是當(dāng)SOCKET在ESTABLISHED狀態(tài)時,，它想主動關(guān)閉連接,，向?qū)Ψ桨l(fā)送了FIN報文，此時該SOCKET進(jìn)入到FIN_WAIT_1 狀態(tài),。而當(dāng)對方回應(yīng)ACK報文后,，則進(jìn)入到FIN_WAIT_2 狀態(tài),。當(dāng)然在實際的正常情況下，無論對方處于任何種情況下,，都應(yīng)該馬上回應(yīng)ACK報文,，所以FIN_WAIT_1 狀態(tài)一般是比較難見到的，而FIN_WAIT_2 狀態(tài)有時仍可以用netstat看到,。
- FIN_WAIT_2 ：上面已經(jīng)解釋了這種狀態(tài)的由來,，實際上FIN_WAIT_2狀態(tài)下的SOCKET表示半連接，即有一方調(diào)用close()主動要求關(guān)閉連接,。注意：FIN_WAIT_2 是沒有超時的（不像TIME_WAIT 狀態(tài)）,，這種狀態(tài)下如果對方不關(guān)閉（不配合完成4次揮手過程），那這個 FIN_WAIT_2 狀態(tài)將一直保持到系統(tǒng)重啟,，越來越多的FIN_WAIT_2 狀態(tài)會導(dǎo)致內(nèi)核crash,。
- TIME_WAIT ：表示收到了對方的FIN報文，并發(fā)送出了ACK報文,。 TIME_WAIT狀態(tài)下的TCP連接會等待2*MSL（Max Segment Lifetime,，最大分段生存期，指一個TCP報文在Internet上的最長生存時間,。每個具體的TCP協(xié)議實現(xiàn)都必須選擇一個確定的MSL值,，RFC 1122建議是2分鐘，但BSD傳統(tǒng)實現(xiàn)采用了30秒,，Linux可以cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_fin_timeout看到本機的這個值）,，然后即可回到CLOSED 可用狀態(tài)了。如果FIN_WAIT_1狀態(tài)下,，收到了對方同時帶FIN標(biāo)志和ACK標(biāo)志的報文時,，可以直接進(jìn)入到TIME_WAIT狀態(tài)，而無須經(jīng)過FIN_WAIT_2狀態(tài),。
- CLOSING ：這種狀態(tài)在實際情況中應(yīng)該很少見,，屬于一種比較罕見的例外狀態(tài)。正常情況下,，當(dāng)一方發(fā)送FIN報文后,，按理來說是應(yīng)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(tài)表示一方發(fā)送FIN報文后,，并沒有收到對方的ACK報文，反而卻也收到了對方的FIN報文,。什么情況下會出現(xiàn)此種情況呢,？那就是當(dāng)雙方幾乎在同時close()一個SOCKET的話，就出現(xiàn)了雙方同時發(fā)送FIN報文的情況，這是就會出現(xiàn)CLOSING 狀態(tài),，表示雙方都正在關(guān)閉SOCKET連接,。
- CLOSE_WAIT ：表示正在等待關(guān)閉。怎么理解呢,？當(dāng)對方close()一個SOCKET后發(fā)送FIN報文給自己,，你的系統(tǒng)毫無疑問地將會回應(yīng)一個ACK報文給對方，此時TCP連接則進(jìn)入到CLOSE_WAIT狀態(tài),。接下來呢,，你需要檢查自己是否還有數(shù)據(jù)要發(fā)送給對方，如果沒有的話,，那你也就可以close()這個SOCKET并發(fā)送FIN報文給對方,，即關(guān)閉自己到對方這個方向的連接。有數(shù)據(jù)的話則看程序的策略,，繼續(xù)發(fā)送或丟棄,。簡單地說，當(dāng)你處于CLOSE_WAIT 狀態(tài)下,，需要完成的事情是等待你去關(guān)閉連接,。
- LAST_ACK ：當(dāng)被動關(guān)閉的一方在發(fā)送FIN報文后，等待對方的ACK報文的時候,，就處于LAST_ACK 狀態(tài),。當(dāng)收到對方的ACK報文后，也就可以進(jìn)入到CLOSED 可用狀態(tài)了,。
【TCP狀態(tài)變遷圖】
下面是收集自網(wǎng)上的幾張圖片,，展示TCP連接的各種狀態(tài)的變遷可能：
【TCP相關(guān)疑問】
最后整理幾個常見的TCP相關(guān)的疑問：
- Q1 為什么在TCP協(xié)議里，建立連接是三次握手,，而關(guān)閉連接卻是四次握手呢,？
- A1 因為當(dāng)處于LISTEN 狀態(tài)的服務(wù)器端SOCKET當(dāng)收到SYN報文（客戶端希望新建一個TCP連接）后，它可以把ACK（應(yīng)答作用）和SYN（同步作用）放在同一個報文里來發(fā)送給客戶端,。但在關(guān)閉TCP連接時,，當(dāng)收到對方的FIN報文時，對方僅僅表示對方?jīng)]有數(shù)據(jù)發(fā)送給你了,，但未必你的所有數(shù)據(jù)都已經(jīng)全部發(fā)送給了對方,，所以你大可不必馬上關(guān)閉SOCKET（發(fā)送一個FIN報文），等你發(fā)送完剩余的數(shù)據(jù)給對方之后,，再發(fā)送FIN報文給對方來表示你同意現(xiàn)在關(guān)閉連接了,，所以通常情況下，這里的ACK報文和FIN報文都是分開發(fā)送的,。
- Q2 為什么TIME_WAIT 狀態(tài)還需要等2*MSL秒之后才能返回到CLOSED 狀態(tài)呢,？
- A2 因為雖然雙方都同意關(guān)閉連接了，而且握手的4個報文也都發(fā)送完畢,，按理可以直接回到CLOSED 狀態(tài)（就好比從SYN_SENT 狀態(tài)到ESTABLISH 狀態(tài)那樣）,，但是我們必須假想網(wǎng)絡(luò)是不可靠的，你無法保證你最后發(fā)送的ACK報文一定會被對方收到,，就是說對方處于LAST_ACK 狀態(tài)下的SOCKET可能會因為超時未收到ACK報文,，而重發(fā)FIN報文，所以這個TIME_WAIT 狀態(tài)的作用就是用來重發(fā)可能丟失的ACK報文,。
- Q3 關(guān)閉TCP連接一定需要4次揮手嗎,？
- A3 不一定，4次揮手關(guān)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(tài)（如當(dāng)MSL數(shù)值設(shè)置過大導(dǎo)致服務(wù)器端有太多TIME_WAIT狀態(tài)的TCP連接，減少這些條目數(shù)可以更快地關(guān)閉連接,，為新連接釋放更多資源）,，這時我們可以通過設(shè)置SOCKET變量的SO_LINGER標(biāo)志來避免SOCKET在close()之后進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)，這時將通過發(fā)送RST強制終止TCP連接（取代正常的TCP四次握手的終止方式）,。但這并不是一個很好的主意,，TIME_WAIT 對于我們來說往往是有利的。
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