TCP连接状态：CLOSE_WAIT和TIME_WAIT

【按】本文适用于分析服务器中tcp连接出现大量CLOST_WAIT和TIME_WAIT情况。

原文：http://www.2cto.com/net/201109/104744.html

1  CLOSE_WAIT状态的生成原因

CLOSE_WAIT状态的生成原因 

首先我们知道，如果我们的Client程序处于CLOSE_WAIT状态的话，说明套接字是被动关闭的！
因为如果是Server端主动断掉当前连接的话，那么双方关闭这个TCP连接共需要四个packet：
      
Server  --->  FIN  --->  Client
      
Server  <---  ACK  <---  Client
   
这时候Server端处于FIN_WAIT_2状态；而我们的程序处于CLOSE_WAIT状态。
      
Server  <---  FIN  <---  Client
这时Client发送FIN给Server，Client就置为LAST_ACK状态。
       
Server  --->  ACK  --->  Client
Server回应了ACK，那么Client的套接字才会真正置为CLOSED状态。
我们的程序处于CLOSE_WAIT状态，而不是LAST_ACK状态，说明还没有发FIN给Server，那么可能是在关闭连接之前还有许多数据要发送或者其他事要做，导致没有发这个FIN
packet。
原因知道了，那么为什么不发FIN包呢，难道会在关闭己方连接前有那么多事情要做吗？
elssann举例说，当对方调用closesocket的时候，我的程序正在调用recv中，这时候有可能对方发送的FIN包我没有收到，而是由TCP代回了一个ACK包，所以我这边套接字进入CLOSE_WAIT状态。
所以他建议在这里判断recv函数的返回值是否已出错，是的话就主动closesocket，这样防止没有接收到FIN包。
因为前面我们已经设置了recv超时时间为30秒，那么如果真的是超时了，这里收到的错误应该是WSAETIMEDOUT，这种情况下也可以主动关闭连接的。
还有一个问题，为什么有数千个连接都处于这个状态呢？难道那段时间内，服务器端总是主动拆除我们的连接吗？
不管怎么样，我们必须防止类似情况再度发生！
首先，我们要保证原来的端口可以被重用，这可以通过设置SO_REUSEADDR套接字选项做到：
重用本地地址和端口 

以前我总是一个端口不行，就换一个新的使用，所以导致让数千个端口进入CLOSE_WAIT状态。如果下次还发生这种尴尬状况，我希望加一个限定，只是当前这个端口处于CLOSE_WAIT状态！
在调用
sockConnected
= socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
之后，我们要设置该套接字的选项来重用：
///
允许重用本地地址和端口:
///
这样的好处是，即使socket断了，调用前面的socket函数也不会占用另一个，而是始终就是一个端口
///
这样防止socket始终连接不上，那么按照原来的做法，会不断地换端口。
int
nREUSEADDR = 1;
setsockopt(sockConnected,
             
SOL_SOCKET,
             
SO_REUSEADDR,
             
(const char*)&nREUSEADDR,
             
sizeof(int));
教科书上是这么说的：这样，假如服务器关闭或者退出，造成本地地址和端口都处于TIME_WAIT状态，那么SO_REUSEADDR就显得非常有用。
也许我们无法避免被冻结在CLOSE_WAIT状态永远不出现，但起码可以保证不会占用新的端口。
其次，我们要设置SO_LINGER套接字选项：
从容关闭还是强行关闭？ 

LINGER是“拖延”的意思。
默认情况下(Win2k)，SO_DONTLINGER套接字选项的是1；SO_LINGER选项是，linger为{l_onoff：0，l_linger：0}。
如果在发送数据的过程中(send()没有完成，还有数据没发送)而调用了closesocket()，以前我们一般采取的措施是“从容关闭”：
因为在退出服务或者每次重新建立socket之前，我都会先调用
///
先将双向的通讯关闭
    
shutdown(sockConnected, SD_BOTH);
    
/// 安全起见，每次建立Socket连接前，先把这个旧连接关闭
closesocket(sockConnected);
我们这次要这么做：
设置SO_LINGER为零（亦即linger结构中的l_onoff域设为非零，但l_linger为0），便不用担心closesocket调
用进入“锁定”状态（等待完成），不论是否有排队数据未发送或未被确认。这种关闭方式称为“强行关闭”，因为套接字的虚电路立即被复位，尚未发出的所有数 据都会丢失。在远端的recv()调用都会失败，并返回WSAECONNRESET错误。
在connect成功建立连接之后设置该选项：
linger
m_sLinger;
m_sLinger.l_onoff
= 1;  // (在closesocket()调用,但是还有数据没发送完毕的时候容许逗留)
m_sLinger.l_linger
= 0; // (容许逗留的时间为0秒)
setsockopt(sockConnected,
        
SOL_SOCKET,
        
SO_LINGER,
        
(const char*)&m_sLinger,
        
sizeof(linger));
总结 

也许我们避免不了CLOSE_WAIT状态冻结的再次出现，但我们会使影响降到最小，希望那个重用套接字选项能够使得下一次重新建立连接时可以把CLOSE_WAIT状态踢掉。
我的意思是：当一方关闭连接后，另外一方没有检测到，就导致了CLOSE_WAIT的出现，上次我的一个朋友也是这样，他写了一个客户端和
APACHE连接，当APACHE把连接断掉后，他没检测到，出现了CLOSE_WAIT，后来我叫他检测了这个地方，他添加了调用 closesocket的代码后，这个问题就消除了。 

如果你在关闭连接前还是出现CLOSE_WAIT,建议你取消shutdown的调用，直接两边closesocket试试。
另外一个问题:
比如这样的一个例子： 

当客户端登录上服务器后，发送身份验证的请求，服务器收到了数据，对客户端身份进行验证，发现密码错误，这时候服务器的一般做法应该是先发送一个密码错误的信息给客户端，然后把连接断掉。
如果把 

m_sLinger.l_onoff = 1; 

m_sLinger.l_linger = 0; 

这样设置后，很多情况下，客户端根本就收不到密码错误的消息，连接就被断了。
出现CLOSE_WAIT的原因很简单，就是某一方在网络连接断开后，没有检测到这个错误，没有执行closesocket，导致了这个状态的实现，这在TCP/IP协议的状态变迁图上可以清楚看到。同时和这个相对应的还有一种叫TIME_WAIT的。
另外，把SOCKET的SO_LINGER设置为0秒拖延（也就是立即关闭）在很多时候是有害处的。 

还有，把端口设置为可复用是一种不安全的网络编程方法。
能不能解释请看这里 
http://blog.csdn.net/cqq/archive/2005/01/26/269160.aspx
再看这个图：



断开连接的时候， 

当发起主动关闭的左边这方发送一个FIN过去后，右边被动关闭的这方要回应一个ACK，这个ACK是TCP回应的，而不 是应用程序发送的，此时，被动关闭的一方就处于CLOSE_WAIT状态了。如果此时被动关闭的这一方不再继续调用closesocket,那么他就不会 发送接下来的FIN，导致自己老是处于CLOSE_WAIT。只有被动关闭的这一方调用了closesocket,才会发送一个FIN给主动关闭的这一 方，同时也使得自己的状态变迁为LAST_ACK。
比如被动关闭的是客户端。。。
当对方调用closesocket的时候，你的程序正在
int
nRet = recv(s,....); 

if (nRet == SOCKET_ERROR) 

{ 

// closesocket(s); 

return FALSE; 

}
很多人就是忘记了那句closesocket，这种代码太常见了。
我的理解，当主动关闭的一方发送FIN到被动关闭这边后，被动关闭这边的TCP马上回应一个ACK过去，同时向上面应用程序提交一个ERROR，导
致上面的SOCKET的send或者recv返回SOCKET_ERROR，正常情况下，如果上面在返回SOCKET_ERROR后调用了 closesocket,那么被动关闭的者一方的TCP就会发送一个FIN过去，自己的状态就变迁到LAST_ACK.

2  TIME_WAIT状态

一般来说，tcp正常关闭需要四个包。比如a和b关闭连接，a先
给b发一个fin，b会进行确认ack，然后b也会发出fin，当a接受到这个fin，并发出最后一个ack后，就会处于time_wait状态。这个时 间长短跟操作系统有关，一般会在1-4分钟，也就是两倍的数据包(2msl)最大生存时间。TCP主动关闭方采用TIME_WAIT主要是为了实现终止 TCP全双工连接的可靠性及允许老的重复分节在网络中消逝，等过了2msl(大约1~4分钟)后TIME_WAIT就会消失。    

TIME_WAIT状态的目的是
(1)为了防止最后a发出的ack丢失，让b处于LAST_ACK超时重发FIN,可靠的实现tcp全双工连接的终止
假设最终的ack丢失，则服务器将重新发送最终的FIN，因此客户必须维护状态信息以允许它重发最终的Ack。要是不维护状态信息，它将以RST（另外一个类型的tcp分节），而服务器则把该分节解释成一个错误。如果tcp打算执行所有必要的工作以彻底终止某个连接上两个方向上的数据流（即全双工关闭），那么它必须正确处理连接终止序列四个分节中任何一个分节的丢失情况。
（2）允许老的重复分节在网络中消失（消失前不允许启动新的化身）
假设12.105.32.254的端口1500和206.158.112.219的端口21之间有一个tcp连接，关闭这个连接之后，在以后的某个时候又建立了一个新的相同的ip和端口之间的tcp连接。后一个连接称为前一个连接的化身，因为他们的ip地址和端口号都相同.tcp必须防止来自某个连接的老的重复分组在该连接已终止后出现，从而被误解为属于同一连接的新的化身，为做到这一点，tcp将不给处于time_wait状态的连接启动新的化身。既然，time_wait状态的持续时间是2MSL，这就足够允许某个方向上的分组最多存活MSL秒即死去，另一个方向上的应答最多存活MSL也被丢弃。通过实施这个原则，我们就能保证每当成功建立一个tcp连接时，来自该连接先前化身的老的重复分组都已在网络中消失。
所以说，主动发起关闭连接的一方会进入time_wait状态，这个时候，进程所占用的端口号不能被释放。除非在你的程序中用setsockopt设置端口可重用(SO_REUSEADDR)的选项，但这不是所有操作系统都支持的。
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参考http://kerry.blog.51cto.com/172631/105233/有大量TIME_WAIT（windows&linux）的解决方案。