TCP 连接状态及相关命令学习_network tcp connection state

在平时的开发工作中，我们都使用被封装完好的 TCP/HTTP 库去完成需求开发，很少关心底层 TCP 的连接状态，但是一旦遇到较难定位的线上事故，往往都是因为 TCP 连接参数或者使用姿势不对导致的，本文对 TCP 连接状态以及相关命令做一下梳理总结：

什么是 TCP 协议

• 位于 OSI 模型中的传输层（第四层），是一种端对端的传输协议
• 面向连接的、可靠的协议
• 通过校验和、序列号、确认应答、重发控制、窗口控制等机制实现可靠传输
• 由建立连接、数据传输和连接释放三个阶段组成
• 采用三次握手建立连接，采用四次挥手关闭连接

想了解 TCP 的连接状态，必须先理清楚 TCP 的三次握手和四次挥手是怎么回事，下图关于 TCP 三次握手和四次挥手的状态转换图（图片来自于知乎文章 《“三次握手，四次挥手”你真的懂吗？》）：

这里不要把图里的 Client/Server 和项目里的客户端服务器端混淆，主动发起连接的一方或者主动关闭连接的一方就是 Client，被动的一方便为 Server。一个服务既可以充当 Client 的角色，也可以充当 Server 的角色。

TCP 的三次握手

三次握手为了使 Client 和 Server 都确认是否有接受对方的数据和发送数据给对方的能力：

• 第一次握手：Client 先发送一个 SYN(j) 包作为建立连接的请求，确认自己的发送能力是否正常
• 第二次握手：Server 针对 Client 的 SYN 包回复一个 ACK(j + 1) 包确认应答，同时发送 SYN(k) 包给 Client 表示要求建立连接，在明确自己有接收能力的同时确认一下自己的发送能力
• 第三次握手：Client 收到 SYN + ACK 包后发送 ACK(k + 1) 包确认应答，表示自己的接收能力正常，此时完成三次握手建立可靠的连接

TCP 的四次挥手

四次挥手主要是为了让 Client 和 Server 双方都可以正常关闭连接，保证关闭连接前不丢失数据：

• 第一次挥手：Client 先发送一个 FIN 包表示请求断开连接
• 第二次挥手：当 Server 收到 FIN 包后，立即回复 ACK 进行确认应答，表示我已经收到你关闭连接的请求，此时 Server 还有接收数据的能力
• 第三次挥手：一段时间后，当 Server 端确认 Client 端的数据已经接受完毕，发送一个 FIN 包表示关闭连接，不再接收数据
• 第四次挥手：当 Client 收到 FIN 后，立即回复一个 ACK 进行确认，然后等待 2MSL 后关闭连接

TCP 的连接状态

在 TCP 的三次握手、数据传输以及四次挥手的过程中，我们给 Client 和 Server 定义了很多状态用于描述整个流程，结合上面的状态转换图来理解这些状态定义：

• LISTEN（Server）: 正在侦听来自远方的 TCP 端口的连接请求，服务端启动后处于 LISTEN 状态用于监听不同客户端的 TCP 请求并建立连接
• SYN-SENT（Client）: 三次握手时，Client 在发送 SYN 以请求后处于等待建立连接的状态
• SYN_RCVD（Server）：三次握手时，当 Server 收到 Client 的 SYN 信号时，将标志位 ACK 和 SYN 发送给 Client 后到建立连接之间，Server 处于 SYN_RCVD 状态
• ESTABLISHED（Server And Client）：三次握手成功以后，Client 和 Server 处于数据传输的状态
• FIN-WAIT-1（Client）：四次挥手时，Client 端发送中断请求 FIN 到收到 Server 端的中断确认的过程
• CLOSE_WAIT（Server）：四次挥手时，Client 接收到 Client 的 FIN 请求响应后回复 ACK 确认到发送 FIN 包的状态
• FIN-WAIT-2（Client）：四次挥手时，当 Client 接收到 Server 对于 FIN 的响应 ACK 后到收到 Server 端的 FIN 包的状态
• LAST_ACK（Server）：四次挥手时，Server 发送 FIN 请求关闭连接到关闭连接前的状态
• TIME_WAIT（Client）：四次挥手时 Client 对于 Server 的 FIN 回复 ACK 到连接关闭前的状态，又称 2MSL 状态
• CLOSE（Server And Client）：Server 和 CLient 关闭连接后的状态

正常情况下，客户端的状态转换流程如下：

CLOSED -> SYN_SENT -> ESTABLISHED -> FIN_WAIT_1 -> FIN_WAIT_2 -> TIME_WAIT -> CLOSED
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正常情况下，服务端的状态转换流程如下：

CLOSED -> LISTEN -> SYN_RCVD -> ESTABLISHED -> CLOSE_WAIT -> LAST_ACK -> CLOSED
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关于 TCP 三次握手和四次挥手状态转换中的一些问题

• 什么是 MSL ？

- MSL 全称是 maximum segment lifetime，报文最大生存时间
- MSL 是任何 IP 数据报能够在因特网存活的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃
- MSL 的具体值通常为 30 秒或者是 2 分钟
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• 什么是 TTL ？

- TTL（time to live） 通常表示在数据传输中，包在被丢弃前最多能经过的路由器个数
- 每经过一个路由器都至少要把 TTL 减 1，当记数到 0 时，路由器决定丢弃该包，并发送一个 ICMP 报文给最初的发送者（表示不可达）
- TTL 是由发送主机设置的，以防止数据包不断在 IP 互联网络上永不终止地循环
- TTL 的值可以修改，但是不能超过 
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