網絡編程中的TCP——TCP的連接的建立、關閉、狀態轉移

TCP連接的建立和關閉

wireshark捕獲數據：

TCP三次握手+四次揮手的時序圖：

三次握手：

1. 報文段1包含SYN標志，這是一個同步報文段，表示發起連接請求，包含自己起始的序號值0；
2. 報文段2是服務端同意建立連接，發送了自己的起始序號并對第一個報文進行了確認；
3. 報文3是對服務端第二個報文的確認；

四次揮手：

1. 報文14：由客戶端發起了關閉連接的請求，帶有FIN標志位，以及此時的序號和對服務器上一個報文的確認；
2. 報文15：服務器確認了客戶端的關閉請求，此時進入半關閉狀態；
3. 報文16：服務器發出斷開連接請求，開始等待客戶端最后一個確認；
4. 報文17：客戶端進行最后的確認；

半關閉狀態

TCP是全雙工的，所以允許兩個方向的數據傳輸單獨關閉。也即是通信的一端可以發送結束報文給對方，告知對方本端已完成數據的發送，但是允許繼續接收來自對方的數據，直到對方也發送報文段關閉連接

以上面那個例子來說，客戶端主動發起了關閉請求，在服務器返回確認之后，就進入了半關閉狀態，客戶端不會繼續向服務端發送新的數據，但是還可以接收服務端的數據

TCP狀態轉移

上圖描述了完整的TCP狀態轉移，下面是狀態轉移時序圖：

三次握手建立連接：

1. 客戶端和服務器初始都處于CLOSED狀態；
2. 例子中由客戶端發起連接請求SYN，發送完后客戶端變成SYN_SENT狀態；
3. 服務器開啟之后首先變成LISTEN狀態，在接收到客戶端的SYN后變成SYN_RCVD狀態；
4. 服務器發送SYN+ACK，客戶端接收到之后，變成ESTABLISHED狀態，發送最后一個ACK；
5. 最后服務器收到ACK之后也變成ESTABLISHED狀態，建立連接完成；

四次揮手：

1. 例子中由客戶端首先發起關閉連接請求，客戶端發送完FIN后首先變成FIN_WAIT_1狀態；
2. 服務器收到關閉連接的請求之后變成CLOSE_WAIT狀態，然后發送ACK表示同意關閉連接；
3. 客戶端收到服務器的ACK進入半關閉狀態，FIN_WAIT_2；
4. 此時客戶端不會繼續發送數據，但如果服務器還有數據，服務器會繼續發送數據；
5. 服務器發起關閉請求，進入LASK_ACK狀態，表示等待客戶端發送最后一個ACK；
6. 客戶端收到FIN請求，進入TIME_WAIT狀態，發送最后一個ACK；
7. 服務器在收到最后一個ACK后首先進入完全關閉狀態；

TIME_WAIT

1. 處于TIME_WAIT狀態要等待2 * msl才能完全關閉，原因如下：
   • 可靠的終止TCP連接；
   • MSL是報文段在網絡中最大生存時間，2MSL保證網絡上兩個傳輸方向上尚未被接受到、遲到的TCP報文段都已經消失，保證新的連接在這個端口建立起來之后不會收到上一個連接的數據；
2. TIME_WAIT是第一個主動發起關閉連接的一端才會有的狀態，如果是服務器先發起關閉連接的請求，在收到對方的關閉請求后也會變成TIME_WAIT狀態；
3. 處于TIEM_WAIT的這個端口不能立即被用來建立新的連接，要等連接徹底關閉；

• 對于客戶端來說，處于TIME_WAIT狀態的端口無法立即重新使用不是什么問題，因為客戶端一般使用系統自動分配的臨時端口號來建立連接，一般不會剛好分配到程序上一次用到的端口；
• 但是對于服務器來說，他總是使用一個固定端口。如果服務器程序剛剛關閉后又希望立即重新啟動，就要等待2MSL，避免的方式是可以在創建socket時升值SO_REUSEADDR來強制進程可以立即使用處于TIME_WAIT狀態的端口；