TCP-IP详解卷-TCP连接的建立与终结

移动APP与服务端保持通讯状态以及服务端消息的推送都需要长连接的使用，对TCP状态的转换有助于问题的排查。

TCP包头

TCP状态变迁

连接的建立与终止

连接建立的超时

详见超时与重传。

 最大报文段长度

最大报文段长度（MSS）表示TCP传往另一端的最大块数据的长度。当一个连接建立时，连接的双方都要通告各自的MSS。

当建立一个连接时，每一方都有用于通告它期望接收的MSS选项（MSS选项只能出现在SYN报文段中）。如果一方不接收来自另一方的MSS值，则MSS就定为默认值536字节（这个默认值允许20字节的IP首部和20字节的TCP首部以适合576字节IP数据报)。

一般说来，如果没有分段发生，MSS还是越大越好（这也并不总是正确）。报文段越大允许每个报文段传送的数据就越多，相对IP和TCP首部有更高的网络利用率。当TCP发送一个SYN时，或者是因为一个本地应用进程想发起一个连接，或者是因为另一端的主机收到了一个连接请求，它能将MSS值设置为外出接口上的MTU长度减去固定的IP首部和TCP首部长度。对于一个以太网，MSS值可达1460字节。使用IEEE802.3的封装，它的MSS可达1452字节。

TCP的半关闭

复位报文段

 到不存在的端口的连接请求

异常终止一个连接

检测半打开连接

同时打开

TCP特意设计为了可以处理同时打开，对于同时打开它仅建立一条连接而不是2条连接。

同时关闭

2、全部11种状态

    2.1、客户端独有的：（1）SYN_SENT （2）FIN_WAIT1 （3）FIN_WAIT2 （4）CLOSING （5）TIME_WAIT 。

    2.2、服务器独有的：（1）LISTEN （2）SYN_RCVD （3）CLOSE_WAIT （4）LAST_ACK 。

    2.3、共有的：（1）CLOSED （2）ESTABLISHED 。

3、状态变迁

    3.1、建立连接时的状态变迁

          一开始，建立连接之前服务器和客户端的状态都为CLOSED。服务器创建socket后开始监听，变为LISTEN状态。客户端请求建立连接，向服务器发送SYN报文，客户端的状态变为SYN_SENT。服务器收到客户端的报文后向客户端发送ACK和SYN报文，此时服务器的状态变为SYN_RCVD。然后，客户端收到ACK、SYN，就向服务器发送ACK，客户端状态变为ESTABLISHED，服务器收到客户端的ACK后也变为ESTABLISHED。此时，3次握手完成，连接建立！

    3.2、断开连接时的状态变迁

        由于tcp连接是全双工的，断开连接会比建立连接麻烦一点点。客户端先向服务器发送FIN报文，请求断开连接，其状态变为FIN_WAIT1。服务器收到FIN后向客户端发生ACK，服务器状态变为CLOSE_WAIT。客户端收到ACK后就进入FIN_WAIT2状态。此时连接已经断开了一半了。如果服务器还有数据要发送给客户端，就会继续发送。直到发完了，就发送FIN报文，此时服务器进入LAST_ACK状态。客户端收到服务器的FIN后，马上发送ACK给服务器，此时客户端进入TIME_WAIT状态，再过了2MSL长的时间后进入CLOSED状态。服务器收到客户端的ACK就进入CLOSED状态。

        至此，还有一个状态没有提及：CLOSING状态。CLOSING状态表示客户端发生了FIN，但没有收到服务器的ACK，却收到了服务器的FIN。这种情况发生在服务器发送的ACK丢包的时候，因为网络传输有时会有意外。

CLOSED: 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。

MSL是Maximum Segment Lifetime英文的缩写，中文可以译为“报文最大生存时间”，他是任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃。因为tcp报文（segment）是ip数据报（datagram）的数据部分，具体称谓请参见《数据在网络各层中的称呼》一文，而ip头中有一个TTL域，TTL是time to live的缩写，中文可以译为“生存时间”，这个生存时间是由源主机设置初始值但不是存的具体时间，而是存储了一个ip数据报可以经过的最大路由数，每经过一个处理他的路由器此值就减1，当此值为0则数据报将被丢弃，同时发送ICMP报文通知源主机。RFC 793中规定MSL为2分钟，实际应用中常用的是30秒，1分钟和2分钟等。

   

2MSL即两倍的MSL，TCP的TIME_WAIT状态也称为2MSL等待状态，当TCP的一端发起主动关闭，在发出最后一个ACK包后，即第3次握手完成后发送了第四次握手的ACK包后就进入了TIME_WAIT状态，必须在此状态上停留两倍的MSL时间，等待2MSL时间主要目的是怕最后一个ACK包对方没收到，那么对方在超时后将重发第三次握手的FIN包，主动关闭端接到重发的FIN包后可以再发一个ACK应答包。在TIME_WAIT状态时两端的端口不能使用，要等到2MSL时间结束才可继续使用。当连接处于2MSL等待阶段时任何迟到的报文段都将被丢弃。不过在实际应用中可以通过设置SO_REUSEADDR选项达到不必等待2MSL时间结束再使用此端口。

  

TTL与MSL是有关系的但不是简单的相等的关系，MSL要大于等于TTL。

参考：TCP-IP详解卷1