TCP状态迁移，CLOSE_WAIT & FIN_WAIT2 的问题

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TCP状态迁移

大家对netstat -a命令很熟悉吧，但是，你有没有注意到STATE一栏呢，基本上显示着established,time_wait,close_wait等，这些到底是什么意思呢，在这篇文章，我将会详细的阐述。

大家很明白TCP初始化连接三次握手吧：发SYN包，然后返回SYN/ACK包，再发ACK包，连接正式建立。但是这里有点出入，当请求者收到SYS /ACK包后，就开始建立连接了，而被请求者第三次握手结束后才建立连接。但是大家明白关闭连接的工作原理吗？关闭连接要四次握手：发FIN包，ACK 包，FIN包，ACK包，四次握手！！为什么呢，因为TCP连接是全双工，我关了你的连接，并不等于你关了我的连接。

客户端TCP状态迁移：

CLOSED->SYN_SENT->ESTABLISHED->FIN_WAIT_1->FIN_WAIT_2->TIME_WAIT->CLOSED

服务器TCP状态迁移：

CLOSED->LISTEN->SYN收到->ESTABLISHED->CLOSE_WAIT->LAST_ACK->CLOSED

当客户端开始连接时，服务器还处于LISTENING，客户端发一个SYN包后，他就处于SYN_SENT状态,服务器就处于SYS收到状态,然后互相确认进入连接状态ESTABLISHED.

当客户端请求关闭连接时,客户端发送一个FIN包后,客户端就进入FIN_WAIT_1状态,等待对方的确认包,服务器发送一个ACK包给客户,客户端收到ACK包后结束FIN_WAIT_1状态,进入FIN_WAIT_2状态,等待服务器发过来的关闭请求,服务器发一个FIN包后,进入 CLOSE_WAIT状态,当客户端收到服务器的FIN包,FIN_WAIT_2状态就结束,然后给服务器端的FIN包给以一个确认包,客户端这时进入 TIME_WAIT,当服务器收到确认包后,CLOSE_WAIT状态结束了,这时候服务器端真正的关闭了连接.但是客户端还在TIME_WAIT状态下,什么时候结束呢.我在这里再讲到一个新名词:2MSL等待状态,其实TIME_WAIT就是2MSL等待状态,为什么要设置这个状态,原因是有足够的时间让ACK包到达服务器端,如果服务器端没收到ACK包，超时了，然后重新发一个FIN包，直到服务器收到ACK包，TIME_WAIT状态等待时间是在TCP重新启动后不连接任何请求的两倍.

大家有没有发现一个问题:如果对方在第三次握手的时候出问题,如发FIN包的时候,不知道什么原因丢了这个包,然而这边一直处在FIN_WAIT_2状态,而且TCP/IP并没有设置这个状态的过期时间,那他一直会保留这个状态下去,越来越多的FIN_WAIT_2状态会导致系统崩溃.

上面我碰到的这个问题主要因为TCP的结束流程未走完，造成连接未释放。现设客户端主动断开连接，流程如下



如上图所示，

      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在客户端已经关闭时而没有调用关闭，

造成服务器端的连接处在“挂起”状态，而客户端则处在等待应答的状态上。

此问题的典型特征是：

一端处于FIN_WAIT2 ，而另一端处于CLOSE_WAIT.

不过，根本问题还是程序写的不好，有待提高

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CLOSE_WAIT，TCP的癌症，TCP的朋友。

CLOSE_WAIT状态的生成原因

首先我们知道，如果我们的服务器程序APACHE处于CLOSE_WAIT状态的话，说明套接字是被动关闭的！

因为如果是CLIENT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：

Client ---> FIN ---> Server

Client <--- ACK <--- Server

这时候Client端处于FIN_WAIT_2状态；而Server 程序处于CLOSE_WAIT状态。

Client <--- FIN <--- Server

这时Server 发送FIN给Client，Server 就置为LAST_ACK状态。

Client ---> ACK ---> Server

Client回应了ACK，那么Server 的套接字才会真正置为CLOSED状态。

Server 程序处于CLOSE_WAIT状态，而不是LAST_ACK状态，说明还没有发FIN给Client，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。

通常来说，一个CLOSE_WAIT会维持至少2个小时的时间。如果有个流氓特地写了个程序，给你造成一堆的CLOSE_WAIT，消耗

你的资源，那么通常是等不到释放那一刻，系统就已经解决崩溃了。

只能通过修改一下TCP/IP的参数，来缩短这个时间：修改tcp_keepalive_*系列参数有助于解决这个问题。

连接进程是通过一系列状态表示的，这些状态有：LISTEN，SYN-SENT，SYN-RECEIVED，ESTABLISHED，FIN-WAIT-

1，FIN-WAIT-2，CLOSE-WAIT，CLOSING，LAST-ACK，TIME-WAIT和

CLOSED。CLOSED表示没有连接，各个状态的意义如下： LISTEN - 侦听来自远方TCP端口的连接请求； SYN-SENT -

在发送连接请求后等待匹配的连接请求； SYN-RECEIVED - 在收到和发送一个连接请求后等待对连接请求的确认； ESTABLISHED

- 代表一个打开的连接，数据可以传送给用户； FIN-WAIT-1 - 等待远程TCP的连接中断请求，或先前的连接中断请求的确认；

FIN-WAIT-2 - 从远程TCP等待连接中断请求； CLOSE-WAIT - 等待从本地用户发来的连接中断请求； CLOSING -

等待远程TCP对连接中断的确认； LAST-ACK - 等待原来发向远程TCP的连接中断请求的确认； TIME-WAIT -

等待足够的时间以确保远程TCP接收到连接中断请求的确认； CLOSED - 没有任何连接状态；

TCP连接过程是状态的转换，促使发生状态转换的是用户调用：OPEN，SEND，RECEIVE，CLOSE，ABORT和STATUS；传送过来的数

据段，特别那些包括以下标记的数据段SYN，ACK，RST和FIN；还有超时，上面所说的都会时TCP状态发生变化。



TCP连接的状态转换图

这 个图n多人都知道，它
对排除和定位网
络或系统故障时
大有帮助，但是怎样牢牢地将这张图刻在脑
中呢？那么你就一定要对这张图的
每一个状态，及转换的过程有深刻地认识，不能只停留在一知半解之中。下面对这张图的
11 种状态详细解释一下，以便加强记忆！不过在这之前，先回顾一下
TCP 建立连接的三次握手过程，以及关闭连接的四次握手过程。

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（四次握手）
　 　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，并保证于此。