TCP连接的状态转换图深度剖析

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，但是怎 样 牢牢地 将 这张图 刻在 脑 中呢？那 么 你就一定要 对这张图 的 每 一个状 态，及转换的过程有深 刻地认识，不能只停留在一知半解之中。下面对这张图的 11 种状态详细解释一下，以便加强记忆！不过在这之前，先回顾一下 TCP 建立连接的三次握手过 程，以及关闭连接的四次握手过程。

 

1 、建立连接协议（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。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，这是报文段 3 。

2 、连接终止协议（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 ） 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 一样，一个 FIN 将占用一个序号。
　（ 3 ） 服务器关闭客户端的连接，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: 这个也是非常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，可以接受 连接了。

SYN_RCVD: 这个状态表示接受到了 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 遥想呼应，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 ：这个容易理解了，表 示连接已经建立了。

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 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 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。

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。

CLOSE_WAIT: 这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢？当对方 close 一个 SOCKET 后发送 FIN 报文给自己，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。

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。

最后 有 2 个问题的回答，我自己分析后的结论（不一定保证 100% 正确）

1、  为什么建立连接协议是 三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？

这是 因为服务端的 LISTEN 状态下的 SOCKET 当收到 SYN 报文的建连请求后，它 可以把 ACK 和 SYN （ ACK 起应答作用，而 SYN 起同步作用）放在一个 报文里来发送。但关闭连接时，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；但未必你所有的数据都全部发送 给对方了，所以你可以未必会马上会关闭 SOCKET, 也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送 FIN 报文给对方来表示你同 意现在可以关闭连接了，所以它这里的 ACK 报文和 FIN 报文多数情况下都是分开 发送的。

2、  为什么 TIME_WAIT 状态还需要等 2MSL 后才能返回到 CLOSED 状态？

这是 因为：虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的 4 个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到 CLOSED 状态（就好比从 SYN_SEND 状态到 ESTABLISH 状态那样）；但是因为 我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的 ACK 报文会一定被对方收到，因此对方处于 LAST_ACK 状态下的 SOCKET 可能会因为超时未收到 ACK 报文，而重发 FIN 报文，所以这个 TIME_WAIT 状态的作用就是用来重 发可能丢失的 ACK 报文