您的位置：首页 > 理论基础 > 计算机网络

【TCP】TCP连接建立和终止

2015-03-03 16:38 351 查看
对于TCP连接建立和终止状态分析，基于自己编写的代码来逐步来分析，而现成的例子并不能全面的进行状态分析；比如listen中backlog对三次握手的影响；

TCP连接的建立和终止示意图



TCP状态转换图



服务器端核心代码

void TcpServer::run()
{
  assert(!_started);

  sockets::bind(_listenfd, _serverAddress);
  
  sockets::listen(_listenfd);

  printf("TcpServer start...\n");

  _started = true;
  while (_started)
    {
      int connfd = sockets::accept(_listenfd, NULL); 
      
      if (connfd < 0)
        continue;
      
      char buf[20];
      int n;
      while ((n = sockets::read(connfd, buf, sizeof buf)) > 0) {
        sockets::writen(connfd, buf, n);
      }
      
      if (n <= 0)
        ::close(connfd);
    }
}
说明：上述代码是一个TCP迭代服务器的核心代码；服务器端口号为6002；

客户端核心代码

void TcpClient::request(const struct sockaddr_in& serverAddr)
{
  int err = sockets::connect(_connectfd, serverAddr);
  if (err < 0)
    {
      printf("In TcpClient::request, connect error : %s\n",  strerror_r(errno, g_errorbuf, sizeof g_errorbuf));
      return;
    }

  char buf[10];
  while (fgets(buf, sizeof buf, stdin))
    {

      int n =  sockets::writen(_connectfd, buf, strlen(buf) + 1);
      printf("client send (%d bytes): %s\n", n , buf);
      
      if ((n = sockets::readn(_connectfd, buf, n)) == 0)    //receive Fin
        {
          printf("server exit\n");
          break;
        }

      printf("client receive : %s\n", buf);
    }
}
说明：上述代码是一个TCP客户端的核心代码；请求的服务器端口号为6002；

TCP连接建立

（1）在服务器端核心代码中sockets::listen(_listenfd);后加入语句::sleep(100);使用netstat查看如下，选项-a表示查看所有的状态；TCP服务器被动打开，从CLOSED至LISTEN；

sykpour@sykpour:~/Desktop/MyCode/Linux/build/bin$ netstat -a -n | grep 6002
tcp        0      0 0.0.0.0:6002            0.0.0.0:*               LISTEN


使用lsof查看监听描述符，编号为3；

sykpour@sykpour:~/Desktop/MyCode/Linux/build/bin$ lsof -i@0.0.0.0:6002
COMMAND   PID    USER   FD   TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
server  23180 sykpour    3u  IPv4 249295      0t0  TCP *:x11-2 (LISTEN)


（2）三次握手的过程由内核完成的，在accept返回之前三次握手已经完成；三次握手具体过程具体如下：

（a）客户端执行connect主动打开时，将会发送SYN，客户端从CLOSED变为SYN_SENT；

（b）服务器端接收SYN，发送SYN+ACK；服务器从LISTEN至SYN_RCV；

（c）客户端接收SYN＋ACK，发送ACK；客户端从SYN_SENT至ESTABLISHED

（d）服务器端接收ACK；服务器从SYN_RCVD至ESTABLISHED；

仍在sockets::listen(_listenfd);后加入语句::sleep(100);观察三次握手的过程；打开一个客户端，使用netstat查看如下，其中会产生两个套接字对（ESTABLISHED），第1个是客户端的，第2个是服务端的；

sykpour@sykpour:~/Desktop/MyCode/Linux/build/bin$ netstat -a -n | grep 6002
tcp        0      0 0.0.0.0:6002            0.0.0.0:*               LISTEN   
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:41922         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:41922         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED

三次握手wireshark截图：



使用lsof查看描述符，会增加一个连接描述符号，client的连接描述符编号为3；由于server未从accept中返回，因此虽然TCP的连接已经建立，但是服务器端连接描述符还没有返回；

sykpour@sykpour:~/Desktop/MyCode/Linux/build/bin$ lsof -i@0.0.0.0:6002
COMMAND   PID    USER   FD   TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
server  24128 sykpour    3u  IPv4 252661      0t0  TCP *:x11-2 (LISTEN)
client  24155 sykpour    3u  IPv4 252728      0t0  TCP localhost:41922->localhost:x11-2 (ESTABLISHED)
（3）在listen中，有一个backlog参数，它影响已完成连接的队列（ESTABLISHD状态, 如今已经不影响未完成连接队列（SYN_RCVD状态）；本程序中backlog为2；从下面输出可知，服务器端已经完成ESTABLISHED状态的实际数目为4，客户端（端口号为41985）已经进入了ESTABLISHED状态，而服务器端处于SYN_RECV状态（原因是已完成连接队列已满，服务器端不会接收41895的ACK）；就算此时客户端（41985）发送数据也只是写入了对应的内核缓冲区，不能代表服务器已经接收了这些数据，客户端的内核程序将会超时重传这些数据；

sykpour@sykpour:~/Desktop/MyCode/Linux/build/bin$ netstat -a -n | grep 6002
tcp        0      0 0.0.0.0:6002            0.0.0.0:*               LISTEN   
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:41985         SYN_RECV   
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:41970         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:41972         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:41971         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:41972         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:41985         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:41969         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:41969         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:41971         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:41970         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED

wireshark截图：服务端超时重传发送SYN+ACK，客户端发送ACK确认，但是服务器由于已完成连接的队列(ESTABLISHED状态)已满，丢弃ACK，继续超时重传SYN+ACK，5次后放弃;



使用netstat查看如下，服务器超时重传5次后放弃，消除了SYN_RECV状态，此时此连接已经断开；但是客户端（端口号为41985）的连接仍是ESTABLISHED状态，如果客户端发送数据，服务器将会发送RESET报文；

sykpour@sykpour:~/Desktop/MyCode/Linux/build/bin$ netstat -a -n | grep 6002
tcp        0      0 0.0.0.0:6002            0.0.0.0:*               LISTEN   
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:41970         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:41972         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:41971         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:41972         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:41985         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:41969         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:41969         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:41971         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:41970         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED


RESET报文wireshark截图：



TCP连接终止

客户端主动关闭

（1）启动服务器，由上backlog=2，可打开4个客户端1， 2， 3 ， 4，服务端和客户端都可以建立好ESTABLISHED状态；而由于服务器是一个迭代服务器，打开第5个客户端时，服务器状态为SYN_RECV状态；具体状态如下：

sykpour@sykpour:~/Desktop/MyCode/Linux/build/bin$ netstat -a -n | grep 6002
tcp        0      0 0.0.0.0:6002            0.0.0.0:*               LISTEN   
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43892         SYN_RECV   
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43889         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43889         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43888         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43891         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43888         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43892         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43890         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43890         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43891         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED


（2）此时关闭第一个客户端1（端口号为43888），那么服务器端将会read到0（read返回0前，就已经发送ACK，客户端状态已变为FIN_WAIT_2），从而执行到close后客户端1转变为TIME_WAIT；而且已完成连接队列将会多出一个位置，当服务端内核再次超时重传发送SYN＋ACK时，客户端（端口号为43892）发送SYN的ACK，服务端将会从SYN_RECV状态变为ESTABLISHED状态；具体如下：

sykpour@sykpour:~/Desktop/MyCode/Linux/build/bin$ netstat -a -n | grep 6002
tcp        0      0 0.0.0.0:6002            0.0.0.0:*               LISTEN   
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43892         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43889         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43889         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43888         127.0.0.1:6002          TIME_WAIT  
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43891         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43892         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43890         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43890         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43891         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
报文交互wireshark截图：



（3）若此时不关闭第一个客户端1，而关闭客户端3；此时由于服务器仍阻塞在执行read客户端1数据上，因此不能执行close，服务端（端口号为43826）将处于CLOSE_WAIT状态；客户端3（端口号为43826）将位于FIN_WAIT_2状态；端口号为43828的服务端状态仍旧为SYN_RECV；

sykpour@sykpour:~/Desktop/MyCode/Linux/build/bin$ netstat -a -n | grep 6002
tcp        0      0 0.0.0.0:6002            0.0.0.0:*               LISTEN   
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43828         SYN_RECV   
tcp        0      0 127.0.0.1:43826         127.0.0.1:6002          FIN_WAIT2  
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43824         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43828         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43827         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43824         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43825         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        1      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43826         CLOSE_WAIT 
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43825         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43827         ESTABLISHED
（3.1）经过一段时间后，查看状态如下；此时客户端3（端口号为43826）的FIN_WAIT_2状态消失，但是服务端（端口号为43826）的CLOSE_WAIT仍旧存在，而且端口号为43828的客户端SYN_RECV状态已经消失；

sykpour@sykpour:~/Desktop/MyCode/Linux/build/bin$ netstat -a -n | grep 6002
tcp        0      0 0.0.0.0:6002            0.0.0.0:*               LISTEN   
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43824         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43828         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43827         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43824         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43825         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        1      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43826         CLOSE_WAIT 
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43825         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43827         ESTABLISHED


（3.2）此时若关闭客户端1，2，服务器将依次read为0（read返回0前，就已经发送了ACK，客户端状态已变为FIN_WAIT_2），close后客户端状态将转变为TIME_WAIT，因此客户端1，2将处于TIME_WAIT状态；服务器端程序将会accept返回到43826，read为0，（服务端状态为CLOSE_WAIT）close发送FIN，但是客户端3上的连接已经从FIN_WAIT_2状态消失，将会已RESET报文进行回复；

RESET报文wireshark截图：



服务端主动关闭

（1）启动服务器，打开3个客户端1， 2， 3 服务端和客户端都可以建立好ESTABLISHED状态如下；

sykpour@sykpour:~/Desktop/MyCode/Linux/build/bin$ netstat -a -n | grep 6002
tcp        0      0 0.0.0.0:6002            0.0.0.0:*               LISTEN   
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43901         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43897         TIME_WAIT  
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43899         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43900         ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43901         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43900         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED
tcp        0      0 127.0.0.1:43899         127.0.0.1:6002          ESTABLISHED


（2）关闭服务器，状态如下；服务器只针对端口号为43899的客户端进行正常的终止，也就是和第一个客户端进行正常的序列终止；而对于端口号43900和43901都是直接使用RESET报文进行响应的，因为此时服务器端的连接已经消失;

sykpour@sykpour:~/Desktop/MyCode/Linux/build/bin$ netstat -a -n | grep 6002
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43897         TIME_WAIT  
tcp        0      0 127.0.0.1:6002          127.0.0.1:43899         FIN_WAIT2  
tcp        1      0 127.0.0.1:43899         127.0.0.1:6002          CLOSE_WAIT


关闭服务器wireshark截图：



代码运行


完整目录

|-- Net

| |-- CMakeLists.txt

| |-- SocketsOps.cc

| |-- SocketsOps.h

|-- test4

| |-- CMakeLists.txt

| |-- TcpClient.cc

| |-- TcpClient.h

| |-- TcpServer.cc

| `-- TcpServer.h

（注，其中Net目录下，本程序目前只需要使用SocketsOps.h，SocketsOps.cc）


编译构建环境

线程模型：posix

gcc 版本： 4.9.0 (GCC)，注(支持C++11 )

Cmake版本：cmake 2.8.0


完整代码下载链接


https://github.com/sykpour/MyCode/tree/master/Linux/test4

（注，本节关键代码位于test4中）
内容来自用户分享和网络整理，不保证内容的准确性，如有侵权内容，可联系管理员处理 点击这里给我发消息
标签： 
相关文章推荐
新的分享
章节导航