【網絡協議】精講 TCP 狀態機！圖解超讚超詳細！！！

大家好，我是 風雲說通信 ，深耕無線通信網絡協議領域：

今天我們來學習下 TCP 狀態機

1. TCP 狀態機是 TCP 連接的變化過程

     Tcp 在三次握手和四次揮手的過程，就是一個 tcp 的狀態說明，由於 tcp 是一個面向連接的，可靠的傳輸，每一次的傳輸都會經歷連接，傳輸，關閉的過程，無論是哪個方向的傳輸，必須建立連接纔行，在雙方通信的過程中，tcp 的狀態是不一樣的。

       下面介紹一下，在三次握手和四次揮手的過程中的幾種狀態，如下圖所示，是 tcp 狀態的變化過程：

TCP 的 11 種狀態：

CLOSED： 初始時沒有任何連接的狀態。

LISTEN： 服務器監聽來自客戶端的連接請求 (SYN 包)。

SYN_SENT： 客戶端 socket 執行 CONNECT 連接，發送 SYN 包，之後等待來自服務器的 SYN ACK 包 (服務器的連接請求和對客戶端連接請求的確認)。

SYN_RCVD： 服務端收到客戶端的 SYN 包併發送服務端 SYN ACK 包，之後等待客戶端對連接請求的確認 (ACK 包)。

ESTABLISH： 表示連接建立。客戶端發送了最後一個 ACK 包後進入此狀態，服務端接收到 ACK 包後進入此狀態。

FIN_WAIT_1： 終止連接的一方（通常是客戶機）發送了 FIN 包後進入此狀態，之後等待對方 FIN 包。

CLOSE_WAIT： （假設服務器）接收到客戶機 FIN 包之後等待關閉的階段。在接收到對方的 FIN 包之後，自然是需要立即回覆 ACK 包的，表示已經知道斷開請求。但是本方是否立即斷開連接（發送 FIN 包）取決於是否還有數據需要發送給客戶端，若還有數據要發送，則在發送 FIN 包之前均爲此狀態。

FIN_WAIT_2： 客戶端接收到服務器的 ACK 包，但並沒有立即接收到服務端的 FIN 包，進入 FIN_WAIT_2 狀態。此時是半連接狀態，即有一方要求關閉連接，等待另一方關閉。

LAST_ACK： 服務端發動最後的 FIN 包，等待最後的客戶端 ACK 包。

CLOSING： 當主動關閉方處於 FIN_WAIT_1 時，被動關閉方的 FIN 先於之前的自己發送的 ACK 到達，主動關閉方就直接 FIN_WAIT_1 -> CLOSING，（其實就相當於同時關閉)，然後遲來的 ACK 到達時，主動關閉方就從 CLOSING -> TIME_WAIT。

TIME_WAIT： 客戶端收到服務端的 FIN 包，並立即發出 ACK 包做最後的確認，在此之後的 2MSL(兩倍的最長報文段壽命) 時間稱爲 TIME_WAIT 狀態

2. 正常狀態變遷

服務端正常狀態變遷：

  1. 服務器通過 listen() 系統調用後進入 LISTEN 狀態，被動等待客戶端連接 (被動打開)。

  2. 服務器一旦監聽到某個連接請求 (收到同步報文段 SYN)，就將該連接放入內核請求等待隊列中，並向客戶端發送 SYN ACK 同步確認報文段，此時服務端處於 SYN_RCVD 狀態，等待客戶端的確認。

  3. 服務器成功接收到客戶端發送回的 ACK 確認報文段後，進入 ESTABLISHED 狀態。(此時已建立連接，雙方能夠進行雙向數據傳輸)

  4. 數據傳輸完畢，服務器收到客戶端發送的 FIN 結束報文段後，給客戶端發送回 ACK 確認報文段 (服務器可能還有數據要發)，此時服務端處於 CLOSE_WAIT 狀態，服務器繼續發送未發完的數據。

  5. 服務器在發送完數據後給客戶端發送 FIN 結束報文段，之後進入 LAST_ACK 狀態，等待客戶端對結束報文段的最後一次確認。

  6. 服務器成功收到客戶端發送回的 ACK 確認報文段後，連接徹底關閉，進入 CLOSE 狀態。

客戶端正常狀態變遷：

  1. 客戶端通過 connect() 系統調用給服務器發送一個 SYN 同步報文段請求建立連接，此時客戶端進入 SYN_SENT 狀態。

  2. 客戶端成功收到服務器發送回的 SYN ACK 同步確認報文段後，再給服務器發送一個 ACK 確認報文段，之後進入 ESTABLISHED 狀態。(此時已建立連接，雙方能夠進行雙向數據傳輸)

  3. 數據傳輸完畢後，客戶端給服務器發送一個 FIN 結束報文段，之後進入 FIN_WAIT_1 狀態，等待服務端的確認。

  4. 客戶端收到服務器發送的 ACK 確認報文段後，進入 FIN_WAIT_2 狀態，之後接收服務器發送的還未發完的數據。

  5. 服務器發完數據後，客戶端收到服務器發送的 FIN 結束報文段，同時給服務端發回一個 ACK 確認報文段，之後進入 TIME_WAIT 狀態。

  6. TIME_WAIT 狀態下等待 2MSL 時長內，如果客戶端沒有收到服務器重傳的 FIN 結束報文段，則連接徹底關閉，此時進入 CLOSE 狀態。

下圖是時序圖

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/291r320lazaRoyQ-SaRylw

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