TCP状态机

在网络协议栈中，　目前只有tｃｐ提供了一种面向连接的可靠性数据传输。　而可靠性，无非就是保证，我发给你的，你一定要收到。确保中间的通信过程中，不会丢失数据和乱序。　在ＴＣＰ保证可靠性数据传输的实现来看，　超时重传、序列号及数据的应答 这三个特征 就是实现可靠性的最基本保证，而对于tcp窗口大小等等设置，也是保证可靠性的一个方面。所有的目的只为一个，保证传输数据的完整性。 为了解决传输线路的不稳定性造成数据包的丢失情况，tcp 使用了发送方超时重传和接收方数据应答的策略。概括而言，就是一种“状态协议“，保证通信双方数据收发的一致性。

tcp状态机

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下面简析一下 ＴＣＰ的各个状态。

TCP_CLOSE：关闭状态，　一个新建的ＴＣＰ　socket 会处于该状态。

TCP_LISTEN： 监听状态，一般服务器端套接字在调用Listen系统调用后即处于该状态。

TCP_SYN_SENT：同步信号已经发送状态，这个状态一般是指客户端发送SYN（建立连接的同步）数据包后所处的状态（tcp三次握手的第一个包）。在接收到远端服务器端的应答后，即从该状态进入TCP_ESTABLISHED状态。

TCP_SYN_RECEIVED:同步信号已经接受状态，服务器端在接受到远端客户端SYN数据包后，进行相应的处理（创建通信套接字等），然后发送应答数据包（tcp三次握手的第二个包），并将新创建的通信套接字状态设置为TCP_SYN_RECEIVED，在接受到客户端的应答后，即进入TCP_ESTABLISED状态。

TCP_ESTABLISED:建立连接状态，这是双方进行正常通信所处的状态。

TCP_FIN_WAIT_1：本地发送FIN(用于结束连接的）数据包后即可进入该状态，等待对方的应答。一般一端发送完其所要发送的数据后，即可发送FIN数据包，此时发送通道被关闭，但仍可继续接受远端发送的数据包。在接受到远端发送的对于FIN数据包的应答后，将进入TCP_FIN_WAIT_2状态。

TCP_FIN_WAIT_2:进入该状态表示本地已经接受到远端发送的对于本地之前发送的FIN数据包的应答。进入该状态后，本地仍然可以继续接受远端发送给本地的数据包。在接受到远端发送的FIN数据包后（表示远端也已经发送完数据），本地将发送一个应答数据包，并进入TCP_TIME_WAIT状态。TCP_TIME_WAIT状态存在的时间被称为2MSL时间，这一方面是为避免本地发送的应答数据包丢失，另一方面避免一个新创建的套接字接收到旧套接字中遗留的数据包。

TCP_TIME_WAIT：该转状态呗称为2MSL等待状态。如果在此期间接收到远端发送的FIN数据包，则表示之前在TCP_FIN_WAIT_2状态发送的ACK应答数据包在传输中丢失或者长时间被延迟，从而造成了远端重新发送了FIN数据包，此时重复ACK应答数据包。一旦2MSL时间到期，则将进入TCP_CLOSED状态，即完成关闭操作。

TCP_CLOSE_WAIT：该状态存在于后关闭的一端。当接收到远端发送的FIN数据包后，本地发送一个ACK应答数据包，并将该套接字状态从TCP_ESTABLISED设置为TCP_CLOSE_WAIT。本地可以继续向远端发送数据包，在发送完所有的数据后，本地将发送一个FIN数据包关闭本地发送通道，并将状态设置为TCP_LAST_ACK状态，等待远端对FIN数据包的应答数据包。

TCP_CLOSING:如果通信双方同时发送FIN数据包，则同时进行关闭操作，则双方将同时进入TCP_CLOSING状态。具体的，本地发送一个FIN数据包以结束本地数据包发送，如果在等待应答期间，接收到远端发送的FIN数据包，则本地将状态设置为TCP_CLOSING状态。在接收到应答后，再继续装入到TCP_CLOSE_WAIT状态。

TCP_LAST_ACK：作为后关闭的一方，在发送FIN数据包后，即进入TCP_LAST_ACK状态。此时等待远端发送应答数据包，在接收到应答数据包后，即完成关闭操作，进入TCP_CLOSE状态。

关于tcp中time_wait状态的4个问题

1.time_wait状态是什么

简单来说：time_wait状态是四次挥手中server向client发送FIN终止连接后进入的状态。下图为tcp四次挥手过程

能够看到time_wait状态存在于client收到serverFin并返回ack包时的状态
当处于time_wait状态时，我们无法创建新的连接，由于port被占用。

2.为什么会有time_wait状态

time_wait存在的原因有两点
1.可靠的终止TCP连接。
可靠的终止TCP连接，若处于time_wait的client发送给server确认报文段丢失的话，server将在此又一次发送FIN报文段，那么client必须处于一个可接收的状态就是time_wait而不是close状态。
2.保证让迟来的TCP报文段有足够的时间被识别并丢弃。
保证迟来的TCP报文段有足够的时间被识别并丢弃，linux 中一个TCPport不能打开两次或两次以上。当client处于time_wait状态时我们将无法使用此port建立新连接，假设不存在time_wait状态，新连接可能会收到旧连接的数据。

time_wait持续的时间是2MSL，保证旧的数据能够丢弃。由于网络中的数据最大存在MSL(maxinum segment lifetime)

3.哪一方会有time_wait状态

time_wait状态是一般有client的状态。 并且会占用port，有时产生在server端，由于server主动断开连接或者发生异常

4.怎样避免time_wait状态占用资源

假设是client，我们一般不用操心，由于client一般选用暂时port。再次创建连接会新分配一个port。
除非指定client使用某port，只是一般不须要这么做。
假设是server主动关闭连接后异常终止。则由于它总是使用用一个知名serverport号，所以连接的time_wait状态将导致它不能重新启动。只是我们能够通过socket的选项SO_REUSEADDR来强制进程马上使用处于time_wait状态的连接占用的port。
通过socksetopt设置后，即使sock处于time_wait状态，与之绑定的socket地址也能够马上被重用。
此外也能够通过改动内核參数/proc/sys/net/ipv4/tcp_tw/recycle来高速回收被关闭的socket,从而是tcp连接根本不进入time_wait状态，进而同意应用程序马上重用本地的socket地址。