TCP連接的狀態轉移

TCP是一個面向連接的傳輸層協議，因此不論哪一方需要傳輸數據，都需要在雙方之間建立一條傳輸連接。

用TCP的三次握手與四次揮手來解釋TCP的各個狀態之間的會比較清晰。

一、TCP的三次握手：

a)         單方主動發起連接：

1、  服務器端應用層的應用程序創建了一個socket，使服務端被動打開，從CLOSED狀態切換至LISTEN狀態；

2、  此時客戶端向服務端發送了一個SYN=1，seq=i的數據段，主動打開，并將狀態從CLOSED切換至SYN_SENT（此為TCP三次握手中的第一次握手）；

3、  服務端收到客戶端的發來的同步請求后，給客戶端回應一個SYN=1，ACK=1，seq=j，ack=i+1的數據段，并將狀態從LISTEN切換至SYN_RCVD，等待客戶端的最后的ACK（此為TCP三次握手中的第二次握手）；

4、  客戶端收到服務端發來的ACK與SYN請求后，回應服務端ACK=1，seq=i+1，ack=j+1數據段，并將狀態從SYN_SENT轉換至ESTABLISHED（此為TCP三次握手中的第三次握手）；

5、  服務端收到客戶端發來的ACK確認后，將狀態從SYN_RCVD轉換至ESTABLISHED.

b)         雙方同時發起連接請求：

此種狀態并不存在一方為服務器，一方為客戶端的情況，主機A與主機B既是客戶端又是服務端。

1、  主機A與主機B同時向對方發起同步請求；并將狀態從CLOSED轉換到SYN_SENT
  A：SYN=1  seq=i —–>  B（在收到對方的SYN請求后，狀態從SYN_SENT轉換到SYN_RCVD）
  B：SYN=1  seq=j —–>  A（在收到對方的SYN請求后，狀態從SYN_SENT轉換到SYN_RCVD）

2、  主機A與主機B再同時確認對方的同步請求；
  A：SYN=1 ACK=1  seq=i+1  ack=j+1 —–>  B（在收到對方的ACK確認后，狀態從SYN_RCVD轉換到ESTABLISHED）
  B：SYN=1 ACK=1  seq=j+1  ack=i+1 —–>  A（在收到對方的ACK確認后，狀態從SYN_RCVD轉換到ESTABLISHED）
                                                           注：注意同時發起請求時各狀態轉換的時間

二、TCP的四次揮手：

a)         單方主動發起斷開請求：

1、  假設由客戶端主動發起斷開請求，客戶端向服務器端發送FIN=1，seq=m的數據段，請求斷開連接，并將狀態從ESTABLISHED轉換至FIN_WAIT 1 等待服務器確認；（此為四次揮手中的第一次揮手）

2、  服務器端接收到客戶端發來的FIN請求后，會回應給客戶端一個ACK=1
seq=n，ack=m+1的數據段，并將狀態從ESTABLISHED轉換至CLOSE_WAIT；此時如果服務器端還由未發送完成的數據，則會繼續發送；（此為四次揮手中的第二次揮手）

3、  客戶端收到來自服務器端發來的ACK數據段后，關閉客戶端至服務器方向TCP連接，此時整個TCP連接處于半關閉狀態（half-close）；
客戶端狀態從FIN_WAIT 1切換至FIN_WAIT 2 ；等待服務器端發送FIN確認可以斷開連接；注：此時客戶端仍然可以接收來自服務器端發送的數據

4、  當服務器端數據傳輸完成，向客戶端發送FIN=1 ACK=1 seq=w ack=m+1的數據段（此時服務器ack確認的數據段為客戶端關閉TCP連接的最后一個數據段的序號），并將狀態從CLOSE_WAIT轉換至LAST_ACK，等待客戶端的ACK確認（此為TCP四次揮手的第3次揮手）

5、  客戶端收到來自服務器端發送的FIN數據段后，向服務器段發送ACK確認數據段，并將狀態從FIN_WAIT 2轉換至TIMED_WAIT；等待2MSL(最大報文段生存時間)，如果沒有收到來自服務器端的回應，關閉TCP連接，從TIMED_WAIT狀態轉換至CLOSED狀態（此為TCP四次揮手的第四次揮手）

6、  服務器端在收到客戶端發送的ACK后，將狀態轉換為LISTEN；如果在一定時間內收不到客戶端的ACK，會重新向客戶端發送FIN數據段

b)         雙方同時發起FIN請求：

1、  雙方同時向對方發送FIN請求；并將狀態從ESTABLISHED轉換至FIN_WAIT 1

2、  雙方都收到來自對方發送的FIN請求時，將狀態從FIN_WAIT
1轉換至CLOSING；給對方發送ACK確認數據段后，又將狀態從CLOSING轉換至TIMED_WAIT；雙方在等待2MSL時長后，沒有收到來自對方的回應后，超時進入CLOSED狀態

c)         如果在客戶端向服務端發起SYN請求后，服務器段不愿意進行連接，此時服務器端會向客戶端發送一個FIN請求，并將狀態從SYN_RCVD切換到FIN_WAIT1；客戶端收到FIN后，會回應服務器端一個ACK數據段，表示雙方同時嘗試關閉連接；并將狀態從SYN_SENT切換至CLOSING；服務器端在收到客戶端發來的ACK數據段后，切換狀態至TIMED_WAIT；在超時后雙方即關閉連接。

三、各個狀態梳理：

CLOSED：初始狀態；

LISTEN：應用層應用程序創建了一個socket；

SYN_RCVD：收到SYN同步請求，回應對方發送ACK、SYN；
SYN_SENT：發送了SYN同步請求；
ESTABLSHED：收到了對方的ACK確認；

FIN_WAIT 1：發起了FIN終止連接的請求，還未得到對方確認；

CLOSE_WAIT：收到了對方的FIN請求，回應給對方ACK；
FIN_WAIT 2：發送FIN請求，收到了ACKA確認，但未收到對方的FIN請求；

LAST_ACK：向對方發送了FIN請求，還未得到確認；

TIMED_WAIT：收到對方的FIN請求，回應ACK，等待2MSL；

CLOSING：在向對方發送FIN后，先接到對方的FIN，從FIN_WAIT 1轉換至此狀態，在向對方發送ACK后會進入TIME_WAIT狀態；