TCP狀態(tài)遷移
大家對netstat -a命令很熟悉，但是，你有沒有注意到STATE一欄呢，基本上顯示著established,time_wait,close_wait等，這些到底是 什么意思呢，在這篇文章，我將會詳細的闡述。
大家很明白TCP初始化連接三次握手吧：發(fā)SYN包，然后返回SYN/ACK包，再發(fā)ACK包，連接正式建立。但是這里有點出入，當請求者收到SYS /ACK包后，就開始建立連接了，而被請求者第三次握手結(jié)束后才建立連接。但是大家明白關(guān)閉連接的工作原理嗎？關(guān)閉連接要四次握手：發(fā)FIN包，ACK 包，F(xiàn)IN包，ACK包，四次握手！！為什么呢，因為TCP連接是全雙工，我關(guān)了你的連接，并不等于你關(guān)了我的連接。
客戶端TCP狀態(tài)遷移：
CLOSED->SYN_SENT->ESTABLISHED->FIN_WAIT_1->FIN_WAIT_2->TIME_WAIT->CLOSED
服務(wù)器TCP狀態(tài)遷移：
CLOSED->LISTEN->SYN收到 ->ESTABLISHED->CLOSE_WAIT->LAST_ACK->CLOSED
當客戶端開始連接時，服務(wù)器還處于LISTENING，
客戶端發(fā)一個SYN包后，他就處于SYN_SENT狀態(tài),服務(wù)器就處于SYS收到狀態(tài),
然后互相確認進入連接狀態(tài)ESTABLISHED.
當客戶端請求關(guān)閉連接時,客戶端發(fā)送一個FIN包后,客戶端就進入FIN_WAIT_1狀態(tài),等待對方的確認包,
服務(wù)器發(fā)送一個ACK包給客戶,客戶端收到ACK包后結(jié)束FIN_WAIT_1狀態(tài),進入FIN_WAIT_2狀態(tài),等待服務(wù)器發(fā)過來的關(guān)閉請求,
服務(wù)器發(fā)一個FIN包后,進入CLOSE_WAIT狀態(tài),
當客戶端收到服務(wù)器的FIN包,FIN_WAIT_2狀態(tài)就結(jié)束,然后給服務(wù)器端的FIN包給以一個確認包,客戶端這時進入TIME_WAIT,
當服務(wù)器收到確認包后,CLOSE_WAIT狀態(tài)結(jié)束了,
這時候服務(wù)器端真正的關(guān)閉了連接.但是客戶端還在TIME_WAIT狀態(tài)下,
什么時候結(jié)束呢.我在這里再講到一個新名詞:2MSL等待狀態(tài),其實TIME_WAIT就是2MSL等待狀態(tài),
為什么要設(shè)置這個狀態(tài),原因是有足夠的時間讓ACK包到達服務(wù)器端,如果服務(wù)器端沒收到ACK包，超時了，然后重新發(fā)一個FIN包，直到服務(wù)器收到ACK 包.
TIME_WAIT狀態(tài)等待時間是在TCP重新啟動后不連接任何請求的兩倍.
大家有沒有發(fā)現(xiàn)一個問題:如果對方在第三次握手的時候出問題,如發(fā)FIN包的時候,不知道什么原因丟了這個包,然而這邊一直處在FIN_WAIT_2狀 態(tài),而且TCP/IP并沒有設(shè)置這個狀態(tài)的過期時間,那他一直會保留這個狀態(tài)下去,越來越多的FIN_WAIT_2狀態(tài)會導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰.
上面我碰到的這個問題主要因為TCP的結(jié)束流程未走完，造成連接未釋放。現(xiàn)設(shè)客戶端主動斷開連接，流程如下
如上圖所示，
Client 消息 Server
close()
------ FIN ------->
FIN_WAIT1 CLOSE_WAIT
<----- ACK -------
FIN_WAIT2
close()
<------ FIN ------
TIME_WAIT LAST_ACK
------ ACK ------->
CLOSED
CLOSED
由于Server的Socket在客戶端已經(jīng)關(guān)閉時而沒有調(diào)用關(guān)閉，
造成服務(wù)器端的連接處在“掛起”狀態(tài)，而客戶端則處在等待應(yīng)答的狀態(tài)上。
此問題的典型特征是：
一端處于FIN_WAIT2 ，而另一端處于CLOSE_WAIT.
不過，根本問題還是程序?qū)懙牟缓茫写岣?/span>
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CLOSE_WAIT，TCP的癌癥，TCP的朋友。
CLOSE_WAIT狀態(tài)的生成原因
首先我們知道，如果我們的服務(wù)器程序APACHE處于CLOSE_WAIT狀態(tài)的話，說明套接字是被動關(guān)閉的！
因為如果是CLIENT端主動斷掉當前連接的話，那么雙方關(guān)閉這個TCP連接共需要四個packet：
Client ---> FIN ---> Server
Client <--- ACK <--- Server
這時候Client端處于FIN_WAIT_2狀態(tài)；而Server 程序處于CLOSE_WAIT狀態(tài)。
Client <--- FIN <--- Server
這時Server 發(fā)送FIN給Client，Server 就置為LAST_ACK狀態(tài)。
Client ---> ACK ---> Server
Client回應(yīng)了ACK，那么Server 的套接字才會真正置為CLOSED狀態(tài)。
Server 程序處于CLOSE_WAIT狀態(tài)，而不是LAST_ACK狀態(tài)，說明還沒有發(fā)FIN給Client，那么可能是在關(guān)閉連接之前還有許多數(shù)據(jù)要發(fā)送或者其 他事要做，導(dǎo)致沒有發(fā)這個FIN packet。
通常來說，一個CLOSE_WAIT會維持至少2個小時的時間。如果有個流氓特地寫了個程序，給你造成一堆的 CLOSE_WAIT，消耗你的資源，那么通常是等不到釋放那一刻，系統(tǒng)就已經(jīng)解決崩潰了。
只能通過修改一下TCP/IP的參數(shù)，來縮短這個時間：修改tcp_keepalive_*系列參數(shù)有助于解決這個 問題。
解決這個問題的方法是修改系統(tǒng)的參數(shù)，系統(tǒng)默認超時時間的是7200秒，也就是2小時， 這個太大了，可以修改如下幾個參數(shù)：
sysctl -w net.ipv4.tcp_keepalive_time=30
sysctl -w net.ipv4.tcp_keepalive_probes=2
sysctl -w net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=2
然后，執(zhí)行sysctl命令使修改生效。
連接進程是通過一系列狀態(tài)表示的，這些狀態(tài)有：
LISTEN，SYN-SENT，SYN-RECEIVED，ESTABLISHED，F(xiàn)IN-WAIT-1，F(xiàn)IN-WAIT-2，CLOSE- WAIT，CLOSING，LAST-ACK，TIME-WAIT和CLOSED。
各個狀態(tài)的意義如下：
LISTEN - 偵聽來自遠方TCP端口的連接請求；
SYN-SENT -在發(fā)送連接請求后等待匹配的連接請求；
SYN-RECEIVED - 在收到和發(fā)送一個連接請求后等待對連接請求的確認；
ESTABLISHED- 代表一個打開的連接，數(shù)據(jù)可以傳送給用戶；
FIN-WAIT-1 - 等待遠程TCP的連接中斷請求，或先前的連接中斷請求的確認；
FIN-WAIT-2 - 從遠程TCP等待連接中斷請求；
CLOSE-WAIT - 等待從本地用戶發(fā)來的連接中斷請求；
CLOSING -等待遠程TCP對連接中斷的確認；
LAST-ACK - 等待原來發(fā)向遠程TCP的連接中斷請求的確認；
TIME-WAIT -等待足夠的時間以確保遠程TCP接收到連接中斷請求的確認；
CLOSED - 沒有任何連接狀態(tài)；
TCP連接過程是狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，促使發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換的是用戶調(diào)用：
OPEN，SEND，RECEIVE，CLOSE，ABORT和STATUS；
傳送過來的數(shù)據(jù)段，特別那些包括以下標記的數(shù)據(jù)段SYN，ACK，RST和FIN；
還有超時，上面所說的都會時TCP狀態(tài)發(fā)生變化。
TCP連接的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖
這個圖n多人都 知道，它對排除和定 位網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)故障時大有幫助，但是怎樣牢牢地將這張圖刻在腦中呢？那么你就一定要對 這張圖的每一個狀態(tài)，及轉(zhuǎn)換的過程有深刻地認識，不能只停留在一知半解之中。下面對這張圖的11種狀 態(tài)詳細解釋一下，以便加強記憶！不過在這之前，先回顧一下TCP建立連接的三次握手過程，以及關(guān)閉連接的四次握手過程。
1、建立連接協(xié)議（三次握手）
（1）客戶 端發(fā)送一個帶SYN標志的TCP報文到服務(wù)器。這是三次握手過程中的報文1。
（2） 服務(wù)器端回應(yīng)客戶端的，這是三次握手中的第2個報文，這個報文同時帶ACK標志和SYN標 志。因此它表示對剛才客戶端SYN報文的回應(yīng)；同時又標志SYN給客戶端，詢問客戶端是否準備好進行數(shù)據(jù)通 訊。
（3） 客戶必須再次回應(yīng)服務(wù)段一個ACK報文，這是報文段3。
2、連接終止協(xié)議（四次握手）
由于TCP連 接是全雙工的，因此每個方向都必須單獨進行關(guān)閉。這原則是當一方完成它的數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)后就能發(fā)送一個FIN來終 止這個方向的連接。收到一個 FIN只意味著這一方向上沒有數(shù)據(jù)流動，一個TCP連接 在收到一個FIN后仍能發(fā)送數(shù)據(jù)。首先進行關(guān)閉的一方將執(zhí)行主動關(guān)閉，而另一方執(zhí)行被動關(guān)閉。
（1） TCP客 戶端發(fā)送一個FIN，用來關(guān)閉客戶到服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳送（報文段4）。
（2） 服務(wù)器收到這個FIN，它發(fā)回一個ACK，確認序號為收到的序號加1（報文段5）。和SYN一 樣，一個FIN將占用一個序號。
（3） 服務(wù)器關(guān)閉客戶端的連接，發(fā)送一個FIN給客戶端（報文段6）。
（4） 客戶段發(fā)回ACK報文確認，并將確認序號設(shè)置為收到序號加1（報文段7）。
CLOSED: 這個沒什么好說的了，表示初始狀態(tài)。
LISTEN: 這個也是非常容易理解的一個狀態(tài)，表示服務(wù)器端的某個SOCKET處 于監(jiān)聽狀態(tài)，可以接受連接了。
SYN_RCVD: 這個狀態(tài)表示接受到了SYN報 文，在正常情況下，這個狀態(tài)是服務(wù)器端的SOCKET在建立TCP連接時的三次握手會話過程中的一個中間狀態(tài)，很短暫，基本上用netstat你是很難看到這種狀態(tài)的，除非你特意寫了一個客戶端測試程序，故意將三次TCP握手 過程中最后一個ACK報文不予發(fā)送。因此這種狀態(tài)時，當收到客戶端的ACK報文 后，它會進入到ESTABLISHED狀態(tài)。
SYN_SENT: 這個狀態(tài)與SYN_RCVD遙想呼應(yīng)，當客戶端SOCKET執(zhí)行CONNECT連接時，它首先發(fā)送SYN報文，因此也隨即它會進入到了SYN_SENT狀態(tài)，并等待服務(wù)端的發(fā)送三次握手中的第2個報文。SYN_SENT狀態(tài)表示客戶端已發(fā)送SYN報文。
ESTABLISHED：這個容易理解了，表示連接已經(jīng)建立了。
FIN_WAIT_1: 這個狀態(tài)要好好解釋一下，其實FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2狀態(tài)的真正含義都是表示等待對方的FIN報 文。而這兩種狀態(tài)的區(qū)別是：FIN_WAIT_1狀態(tài)實際上是當SOCKET在ESTABLISHED狀態(tài)時，它想主動關(guān)閉連接，向?qū)Ψ桨l(fā)送了FIN報文，此時該SOCKET即進入到FIN_WAIT_1狀態(tài)。而當對方回應(yīng)ACK報文后，則進入到FIN_WAIT_2狀態(tài)，當然在實際的正常情況 下，無論對方何種情況下，都應(yīng)該馬上回應(yīng)ACK報文，所以FIN_WAIT_1狀態(tài)一般是比較難見到的，而FIN_WAIT_2狀態(tài)還有時常常可以用netstat看到。
FIN_WAIT_2：上面已經(jīng)詳細解釋了這種狀態(tài)，實際上FIN_WAIT_2狀態(tài)下的SOCKET，表示半連接，也即有一方要求close連接，但另外還告訴對方，我暫時還有點 數(shù)據(jù)需要傳送給你，稍后再關(guān)閉連接。
TIME_WAIT: 表示收到了對方的FIN報 文，并發(fā)送出了ACK報文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用狀態(tài)了。如果FIN_WAIT_1狀態(tài)下，收到了對方同時帶FIN標 志和ACK標志的報文時，可以直接進入到TIME_WAIT狀態(tài)，而無須經(jīng)過FIN_WAIT_2狀態(tài)。
CLOSING: 這種狀態(tài)比較特殊，實際情況中應(yīng)該是很少見，屬于一種比較罕見的例外狀態(tài)。正常情況下，當你發(fā) 送FIN報文后，按理來說是應(yīng)該先收到（或同時收到）對方的ACK報 文，再收到對方的FIN報文。但是CLOSING狀態(tài)表示你發(fā)送FIN報文后，并沒有收到對方的ACK報 文，反而卻也收到了對方的FIN報文。什么情況下會出現(xiàn)此種情況呢？其實細想一下，也不難得出結(jié)論：那就是如果雙方幾乎在同時close一 個SOCKET的話，那么就出現(xiàn)了雙方同時發(fā)送FIN報文的情況，也即會出現(xiàn)CLOSING狀態(tài)，表示雙方都正在關(guān)閉SOCKET連接。
CLOSE_WAIT: 這種狀態(tài)的含義其實是表示在等待關(guān)閉。怎么理解呢？當對方close一 個SOCKET后發(fā)送FIN報文給自己，你系統(tǒng)毫無疑問地會回應(yīng)一個ACK報文 給對方，此時則進入到CLOSE_WAIT狀態(tài)。接下來呢，實際上你真正需要考慮的事情是察看你是否還有數(shù)據(jù)發(fā)送給對方，如果沒有的話， 那么你也就可以close這個SOCKET，發(fā)送FIN報文給對方，也即關(guān)閉連接。所以你在CLOSE_WAIT狀態(tài)下，需要完成的事情是等待你去關(guān)閉連接。
LAST_ACK: 這個狀態(tài)還是比較容易好理解的，它是被動關(guān)閉一方在發(fā)送FIN報 文后，最后等待對方的ACK報文。當收到ACK報文后，也即可以進入到CLOSED可用狀態(tài)了。
最后有2個問題 的回答，我自己分析后的結(jié)論（不一定保證100%正確）
1、為什么建立連接協(xié)議是三次握手，而關(guān)閉連接卻是四次握手呢？
這是因為服務(wù)端的LISTEN狀態(tài)下的SOCKET當收到SYN報文的建連請求后，它可以把ACK和SYN（ACK起 應(yīng)答作用，而SYN起同步作用）放在一個報文里來發(fā)送。但關(guān)閉連接時，當收到對方的FIN報文 通知時，它僅僅表示對方?jīng)]有數(shù)據(jù)發(fā)送給你了；但未必你所有的數(shù)據(jù)都全部發(fā)送給對方了，所以你可以未必會馬上會關(guān)閉SOCKET,也即你可能還需要發(fā)送一些數(shù)據(jù)給對方之后，再發(fā)送FIN報文給對方來表示你同意現(xiàn)在可以關(guān)閉連接了，所以它這里的ACK報文 和FIN報文多數(shù)情況下都是分開發(fā)送的。
2、為什么TIME_WAIT狀態(tài)還需要等2MSL后才能返回到CLOSED狀 態(tài)？
這是因為：雖然雙方 都同意關(guān)閉連接了，而且握手的4個報文也都協(xié)調(diào)和發(fā)送完畢，按理可以直接回到CLOSED狀 態(tài)（就好比從SYN_SEND狀態(tài)到ESTABLISH狀態(tài)那樣）；但是因為我們必須要假想網(wǎng)絡(luò)是不可靠的，你無法保證你最后發(fā)送的ACK報 文會一定被對方收到，因此對方處于LAST_ACK狀態(tài)下的SOCKET可能會因為超時未收到ACK報文，而重發(fā)FIN報 文，所以這個TIME_WAIT狀態(tài)的作用就是用來重發(fā)可能丟失的ACK報 文，并保證于此。 |
斷開連接的時候， 當發(fā)起主動關(guān)閉的左邊這方發(fā)送一個FIN過去后，
右邊被動關(guān)閉的這方要回應(yīng)一個ACK，這個ACK是TCP回應(yīng)的，而不是應(yīng)用程序發(fā)送的，
此時，被動關(guān)閉的一方就處于CLOSE_WAIT狀態(tài)了。
如果此時被動關(guān)閉的這一方不再繼續(xù)調(diào)用closesocket,那么他就不會發(fā)送接下來的FIN，導(dǎo)致自己老是處于CLOSE_WAIT。
只有被動關(guān)閉的這一方調(diào)用了 closesocket,才會發(fā)送一個FIN給主動關(guān)閉的這一方，同時也使得自己的狀態(tài)變遷為LAST_ACK。
比如被動關(guān)閉的是客戶端.
當對方調(diào)用closesocket的時候，你的程序正在
int nRet = recv(s,....);
if (nRet == SOCKET_ERROR)
{
// closesocket(s);
return FALSE;
}
很多人就是忘記了那句closesocket，這種代碼太常見了。
我的理解，
當主動關(guān)閉的一方發(fā)送FIN到被動關(guān)閉這邊后，被動關(guān)閉這邊的TCP馬上回應(yīng)一個ACK過去，同時向上面應(yīng)用程序提交一個ERROR，
導(dǎo)致上面的SOCKET的send或者recv返回SOCKET_ERROR.
正常情況下，如果上面在返回SOCKET_ERROR后調(diào)用了closesocket, 那么被動關(guān)閉的者一方的TCP就會發(fā)送一個FIN過去，自己的狀態(tài)就變遷到LAST_ACK.
服務(wù)器上出現(xiàn)大量的close_wait的例子和解決方法（例子從網(wǎng)上找的，基本差不多）
oracle9i@RHEL3oracle9i]$ /usr/sbin/lsof -i | grep 6800
oracle 22725 oracle9i 3u IPv4 18621468 TCP RHEL3:6800 (LISTEN)
oracle 22725 oracle9i 4u IPv4 18621469 TCP RHEL3:6800->RHEL3:2174 (CLOSE_WAIT)
oracle 22725 oracle9i 8u IPv4 18621568 TCP RHEL3:6800->RHEL3:2175 (CLOSE_WAIT)
oracle 22725 oracle9i 9u IPv4 18621578 TCP RHEL3:6800->RHEL3:2176 (CLOSE_WAIT)
oracle 22726 oracle9i 3u IPv4 18621468 TCP RHEL3:6800 (LISTEN)
oracle 22726 oracle9i 4u IPv4 18621469 TCP RHEL3:6800->RHEL3:2174 (CLOSE_WAIT)
oracle 22726 oracle9i 8u IPv4 18621568 TCP RHEL3:6800->RHEL3:2175 (CLOSE_WAIT)
oracle 22726 oracle9i 9u IPv4 18621578 TCP RHEL3:6800->RHEL3:2176 (CLOSE_WAIT)
[oracle9i@RHEL3 oracle9i]$ kill -9 22725
# 22725, 22726就是使用該6800端口的進程號(PID)。
[oracle9i@RHEL3 oracle9i]$ /usr/sbin/lsof -i | grep 6800
進程被kill時，會釋放占用的所有鏈接句柄。
該問題的出現(xiàn)原因網(wǎng)上到處都是，也就是Socket的Client端出現(xiàn)異常沒有Close就退出了。
//上面這句話不太準確，應(yīng)該是被動關(guān)閉連接一端沒有closesocket就退出了，此時被動關(guān)閉一端就處于close_wait 狀態(tài)