TCP详解（三次握手/四次挥手详解）

在一些防火墙或端口管理工具中经常会看到连接状态为CLOSED CLOSE_WITE LAST_ACK等的进程, 虽然状态就那么很少的几个, 而且看字面意思也能猜个大概, 但没做过Socket编程的朋友却很少能准确的知道每种状态的准确含义, 我也是经常把其中几项搞混. 下面把几种状态的说明整理了一下, 也许会对有的朋友有点用:

CLOSED	没有使用这个套接字
LISTEN	套接字正在监听入境连接
SYN_SENT	套接字正在试图主动建立连接
SYN_RECEIVED	正在处于连接的初始同步状态
ESTABLISHED	连接已建立
CLOSE_WAIT	远程套接字已经关闭：正在等待关闭这个套接字
FIN_WAIT_1	套接字已关闭，正在关闭连接
CLOSING	套接字已关闭，远程套接字正在关闭，暂时挂起关闭确认
LAST_ACK	远程套接字已关闭，正在等待本地套接字的关闭确认
FIN_WAIT_2	套接字已关闭，正在等待远程套接字关闭
TIME_WAIT	这个套接字已经关闭，正在等待远程套接字的关闭传送

服务端,端口的状态变化

　　先在本机（IP地址为：192.168.1.10）配置FTP服务，然后在其它计算机（IP地址为：192.168.1.1）访问FTP服务，从TCPView看看端口的状态变化。

　　下面黑体字显示的是从TCPView中截取的部分。

　　1、LISTENING状态

　　FTP服务启动后首先处于侦听（LISTENING）状态。

　　State显示是LISTENING时表示处于侦听状态，就是说该端口是开放的，等待连接，但还没有被连接。就像你房子的门已经敞开的，但还没有人进来。

　　从TCPView可以看出本机开放FTP的情况。它的意思是:程序inetinfo.exe开放了21端口，FTP默认的端口为21，可见在本机开放了FTP服务。目前正处于侦听状态。

　　inetinfo.exe:1260 TCP 0.0.0.0:21 0.0.0.0:0 LISTENING

　　2、ESTABLISHED状态

　　现在从192.168.1.1这台计算机访问一下192.168.1.10的FTP服务。在本机的TCPView可以看出端口状态变为ESTABLISHED。

　　ESTABLISHED的意思是建立连接。表示两台机器正在通信。

　　下面显示的是本机的FTP服务正在被192.168.1.1这台计算机访问。

　　inetinfo.exe:1260 TCP 192.168.1.10:21 192.168.1.1:3009 ESTABLISHED

　　注意：处于ESTABLISHED状态的连接一定要格外注意，因为它也许不是个正常连接。后面我们要讲到这个问题。

　　3、 TIME_WAIT状态

　　现在从192.168.1.1这台计算机结束访问192.168.1.10的FTP服务。在本机的TCPView可以看出端口状态变为TIME_WAIT。

　　TIME_WAIT的意思是结束了这次连接。说明21端口曾经有过访问，但访问结束了。

　　[System Process]:0 TCP 192.168.1.10:21 192.168.1.1:3009 TIME_WAIT

　　4、小技巧

　　a、可以telnet一个开放的端口，来观察该端口的变化。比如看1025端口是开放的，在命令状态（如图1运行cmd）运行：

　　telnet 192.168.1.10 1025

　　b、从本机也可以测试，只不过显示的是本机连本机

　　c、在Tcpview中双击连接可看出程序的位置，右键点击该连接，选择End Process即可结束该连接

　　客户端,端口的状态变化

　　客户端口实际上就是从本机访问其它计算机服务时打开的源端口，最多的应用是上网，下面就以访问www.baidu.com为例来看看端口开放以及状态的变化情况。

　　1、SYN_SENT状态

　　SYN_SENT状态表示请求连接，当你要访问其它的计算机的服务时首先要发个同步信号给该端口，此时状态为SYN_SENT，如果连接成功了就变为ESTABLISHED，此时SYN_SENT状态非常短暂。但如果发现SYN_SENT非常多且在向不同的机器发出，那你的机器可能中了冲击波或震荡波之类的病毒了。这类病毒为了感染别的计算机，它就要扫描别的计算机，在扫描的过程中对每个要扫描的计算机都要发出了同步请求，这也是出现许多SYN_SENT的原因。

　　下面显示的是本机连接www.baidu.com网站时的开始状态，如果你的网络正常的，那很快就变为ESTABLISHED的连接状态。

　　IEXPLORE.EXE:2928 TCP 192.168.1.10:1035 202.108.250.249:80 SYN_SENT

　　2、ESTABLISHED状态

　　下面显示的是本机正在访问www.baidu.com网站。如果你访问的网站有许多内容比如访问www.yesky.com，那会发现一个地址有许多ESTABLISHED，这是正常的，网站中的每个内容比如图片、flash等都要单独建立一个连接。看ESTABLISHED状态时一定要注意是不是IEXPLORE.EXE程序（IE）发起的连接，如果是EXPLORE.EXE之类的程序发起的连接，那也许是你的计算机中了木马了。

　　IEXPLORE.EXE:3120 TCP 192.168.1.10:1045 202.108.250.249:80 ESTABLISHED

　　3、TIME_WAIT状态

　　如果浏览网页完毕，那就变为TIME_WAIT状态。

　　[System Process]:0 TCP 192.168.1.10:4259 202.108.250.249:80 TIME_WAIT

1、建立连接协议（三次握手）

（1）客户端发送一个带SYN标志的TCP报文到服务器。这是三次握手过程中的报文1。

（2） 服务器端回应客户端的，这是三次握手中的第2个报文，这个报文同时带ACK标志和SYN标志。因此它表示对刚才客户端SYN报文的回应；同时又标志SYN给客户端，询问客户端是否准备好进行数据通讯。

（3） 客户必须再次回应服务段一个ACK报文，这是报文段3。

2、连接终止协议（四次挥手）

　 　由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。

　（1） TCP客户端发送一个FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送（报文段4）。

　（2） 服务器收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1（报文段5）。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。

　（3） 服务器关闭客户端的连接，发送一个FIN给客户端（报文段6）。

　（4） 客户段发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1（报文段7）。

CLOSED: 这个没什么好说的了，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。

最后有2个问题的回答，我自己分析后的结论（不一定保证100%正确）

1、 为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？

这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

2、 为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？

这是因为：虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到，因此对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。