TCP/IP详解学习笔记-TCP连接的建立与中止

     TCP是一个面向连接的协议，所以在连接双方发送数据之前，都需要首先建立一条连接。这和前面讲到的协议完全不同。前面讲的所有协议都只是发送数据而已，大多数都不关心发送的数据是不是送到，UDP尤其明显，从编程的角度来说，UDP编程也要简单的多----UDP都不用考虑数据分片。

     书中用telnet登陆退出来解释TCP协议连接的建立和中止的过程，可以看到，TCP连接的建立可以简单的称为三次握手，而连接的中止则可以叫做四次分手。

TCP状态转换图：

如果是二次就建立连接，即客户端没有发送确认，server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待client发来数据。这样，server的很多资源就白白浪费掉了。而client认为是早已失效的延时请求报文

1. TCP连接的状态

　　首先介绍一下TCP连接建立与关闭过程中的状态。TCP连接过程是状态的转换，促使状态发生转换的因素包括用户调用、特定数据包以及超时等，具体状态如下所示：

• CLOSED：初始状态，表示没有任何连接。
• LISTEN：Server端的某个Socket正在监听来自远方的TCP端口的连接请求。
• SYN_SENT：发送连接请求后等待确认信息。当客户端Socket进行Connect连接时，会首先发送SYN包，随即进入SYN_SENT状态，然后等待Server端发送三次握手中的第2个包。
• SYN_RECEIVED：收到一个连接请求后回送确认信息和对等的连接请求，然后等待确认信息。通常是建立TCP连接的三次握手过程中的一个中间状态，表示Server端的Socket接收到来自Client的SYN包，并作出回应。
• ESTABLISHED：表示连接已经建立，可以进行数据传输。
• FIN_WAIT_1：主动关闭连接的一方等待对方返回ACK包。若Socket在ESTABLISHED状态下主动关闭连接并向对方发送FIN包（表示己方不再有数据需要发送），则进入FIN_WAIT_1状态，等待对方返回ACK包，此后还能读取数据，但不能发送数据。在正常情况下，无论对方处于何种状态，都应该马上返回ACK包，所以FIN_WAIT_1状态一般很难见到。
• FIN_WAIT_2：主动关闭连接的一方收到对方返回的ACK包后，等待对方发送FIN包。处于FIN_WAIT_1状态下的Socket收到了对方返回的ACK包后，便进入FIN_WAIT_2状态。由于FIN_WAIT_2状态下的Socket需要等待对方发送的FIN包，所有常常可以看到。若在FIN_WAIT_1状态下收到对方发送的同时带有FIN和ACK的包时，则直接进入TIME_WAIT状态，无须经过FIN_WAIT_2状态。
• TIME_WAIT：主动关闭连接的一方收到对方发送的FIN包后返回ACK包（表示对方也不再有数据需要发送，此后不能再读取或发送数据），然后等待足够长的时间（2MSL）以确保对方接收到ACK包（考虑到丢失ACK包的可能和迷路重复数据包的影响），最后回到CLOSED状态，释放网络资源。
• CLOSE_WAIT：表示被动关闭连接的一方在等待关闭连接。当收到对方发送的FIN包后（表示对方不再有数据需要发送），相应的返回ACK包，然后进入CLOSE_WAIT状态。在该状态下，若己方还有数据未发送，则可以继续向对方进行发送，但不能再读取数据，直到数据发送完毕。
• LAST_ACK：被动关闭连接的一方在CLOSE_WAIT状态下完成数据的发送后便可向对方发送FIN包（表示己方不再有数据需要发送），然后等待对方返回ACK包。收到ACK包后便回到CLOSED状态，释放网络资源。
• CLOSING：比较罕见的例外状态。正常情况下，发送FIN包后应该先收到（或同时收到）对方的ACK包，再收到对方的FIN包，而CLOSING状态表示发送FIN包后并没有收到对方的ACK包，却已收到了对方的FIN包。有两种情况可能导致这种状态：其一，如果双方几乎在同时关闭连接，那么就可能出现双方同时发送FIN包的情况；其二，如果ACK包丢失而对方的FIN包很快发出，也会出现FIN先于ACK到达。

　　TCP连接的状态转换如下图所示

2. TCP连接的关闭方式

　　建立TCP连接需要三次握手，而关闭连接则需要四次握手，并且分为主动关闭和被动关闭。这是由于TCP连接是全双工的，我关了你的连接，并不等于你关了我的连接，因此双方都必须单独进行关闭。当一方完成它的数据发送任务后可以发送FIN包来终止这个方向的连接，表明自己不再有数据需要发送；收到FIN包的那一方虽然不能再读取数据，但仍能发送数据。以Client主动关闭连接为例：

1. Client向Server发送FIN包，表示Client主动关闭连接，然后进入FIN_WAIT_1状态，等待Server返回ACK包。此后Client不能再向Server发送数据，但能读取数据。
2. Server收到FIN包后向Client发送ACK包，然后进入CLOSE_WAIT状态，此后Server不能再读取数据，但可以继续向Client发送数据。Client收到Server返回的ACK包后进入FIN_WAIT_2状态，等待Server发送FIN包。
3. Server完成数据的发送后，将FIN包发送给Client，然后进入LAST_ACK状态，等待Client返回ACK包，此后Server既不能读取数据，也不能发送数据。
4. Client收到FIN包后向Server发送ACK包，然后进入TIME_WAIT状态，接着等待足够长的时间（2MSL）以确保Server接收到ACK包，最后回到CLOSED状态，释放网络资源。Server收到Client返回的ACK包后便回到CLOSED状态，释放网络资源。

　　TCP连接的建立到关闭，需要经历以下状态迁移（假定Client发起连接，并主动关闭连接）：

• Client

　　CLOSED -> SYN_SENT -> ESTABLISHED -> FIN_WAIT_1 -> FIN_WAIT_2 -> TIME_WAIT -> CLOSED

• Server

　　CLODES -> LISTEN -> SYN_RECEIVED -> ESTABLISHED -> CLOSE_WAIT -> LAST_ACK -> CLOSED