tcp有限状态机分析

2011-11-23      0 个评论

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这幅图是TCP的状态机，看了2个小时，分析总结如下：

（1）CLOSED 状态时初始状态。

（2）LISTEN:被动打开，服务器端的 状态变为LISTEN(监听)。被动打开的概念：连接的一端的应用程序通知操作系统，希望建立一个传入的连接。这时候操作系统为连接的这一端建立一个连 接。与之对应的是主动连接：应用程序通过主动打开请求来告诉操作系统建立一个连接。

（3）SYNRECVD:服务器端收到SYN后，状态为SYN；发送SYN ACK;

(4) SYN_SENTY:应用程序发送SYN后，状态为SYN_SENT；

（5）ESTABLISHED:SYNRECVD收到ACK后，状态为ESTABLISHED； SYN_SENT在收到SYN ACK，发送ACK，状态为ESTABLISHED；

（6）CLOSE_WAIT:服务器端在收到FIN后，发送ACK，状态为CLOSE_WAIT；如果此时服务器端还有数据需要发送，那么就发送，直到数据发送完毕；此时，服务器端发送FIN，状态变为LAST_ACK;

（7）FIN_WAIT_1：应用程序端发送FIN，准备断开TCP连接；状态从ESTABLISHED——>FIN_WAIT_1；

（8）FIN_WAIT_2：应用程序端只收到服务器端得ACK信号，并没有收到FIN信号；说明服务器端还有数据传输，那么此时为半连接；

（9）TIME_WAIT:有两种方式进入 该状态：1、FIN_WAIT_1进入：此时应用程序端口收到FIN+ACK（而不是像FIN_WAIT_2那样只收到ACK，说明数据已经发送完毕）并 向服务器端口发送ACK；2、FIN_WAIT_2进入：此时应用程序端口收到了FIN，然后向服务器端发送ACK；TIME_WAIT是为了实现TCP 全双工连接的可靠性关闭，用来重发可能丢失的ACK报文；需要持续2个MSL(最大报文生存时间)：假设应用程序端口在进入TIME_WAIT后，2个 MSL时间内并没有收到FIN,说明应用程序最后发出的ACK已经收到了；否则，会在2个MSL内在此收到ACK报文；

2011.9.14补充：

关闭的状态转换比较复杂：现在设通信双方是A，B，A是主动发起关闭方

（1）      主动发起关闭方：

A首先主动发起FIN报文，准备关闭TCP连接，然后进入FIN_WAIT1状态；然后，如果A收到了ACK报文，就进入FIN_WAIT2状态；而如果A收到的是ACK + FIN，A进入TIME_WAIT状态。

进入FIN_WAIT2状态，说明B还有数据发给A。过了不久之后，B发送FIN给A，然后，A发送ACK，并进入TIME_WAIT状态。当2个MSL内，没有收到FIN信号，那么TIME_WAIT就自动转化为CLOESD。（为什么TIME_WAIT状态要进过2个MSL（Maximum Segment Lifetime.）才能进入CLOSED状态？假设网路是不可靠的，最后A发出的ACK信号丢失，那么B就没有收到ACK，此时B还需要重新发一个FIN给A，这个过程最多需要2MSL，所以如果过了2MSL，没有再次收到B的FIN，那么，说明之间A发出的ACK被B收到了，所以可以可靠地关闭连接。）

（2）      被动接收方

B在收到A的FIN报文后，知道A准备关闭 TCP连接了（注意只是A单方面关闭，也就是说，A还可以收数据，但是不准备发数据了）。B将发送ACK给A，然后B进入CLOSED_WAIT状态。如 果此时B也有数据发送给A，那么就一直发送好了，反正A不会发数据了。此时A处于FIN_WAIT2状态。当B的数据发送完毕之后，那么B发送FIN给 A，B进入LAST_ACK状态。当收到A发过来的ACK信号后，A进入CLOSED状态。

问题：

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。

TCP的关闭连接的时候，状态很多，以刚才的例子分类：一个是主动发起方涉及的状态，一个被动发起方涉及的状态：

主动发起方：

FIN_WAIT1(发出FIN信号)

FIN_WAIT2（收到ACK信号）

TIME_WAIT（收到FIN信号）

CLOSED（2个MSL后，没有再次收到FIN，进入）

被动接收方：

CLOSED_WAIT（收到FIN信号）

LAST_ACK（发出FIN信号）

CLOSED（收到ACK信号，如果没有，再次发出FIN信号）

2.为什么能三次握手、四次挥手可靠地建立关闭连接？

注意可靠。

答：在建立连接的时候，首先需要发起方发出请求（即发出带有SYN的报文），接收方收到后必须给发起方一个回应（ACK+SYN）

,关键是这里还没有完毕。因为网络是不可靠地，（a）如果发起方没有收到应答方的ACK+SYN报文，显然，说明报文丢失，必须重发请求；（b）如果发起方收到ACK+SYN后，不再向接收方发出ACK信号(更正于2011.9.17)（也 就是只有两次握手，此时开始传递报文），那么从发起方的角度来看，它认为自己发出的ACK+SYN报文丢失了，接收方没有收到，所以它会再次重发。（c） 当发起方发出ACK信号后，如果没有收到接收方再次发来的ACK+SYN报文，那么说明接收方收到了自己发出的ACK报文，所以可以建立连接了。

举个例子，如何保障可靠通信：

现在A和B两支军队准备在10:00同时发起进攻，如何才能保证这两支军队同时呢？

现在A发出电报，“要求在10:00同时发起进攻”；

B收到后，显然必须向A回复“收到，可以”。

A在收到“收到，可以”的消息后，直到B已 经收到了自己发出的消息。注意，这里还没有完，如果你站在B的角度去思考：“我发出了‘收到，可以’的消息，必须要求A给我一个回应。如果我没有收到回 应，那么就说明我的这个消息没有送到A那里去”，那么，我得再传一次“收到，可以”的消息跟A。所以，A必须再次发出“你的消息已经收到”的消息发送给 B。此时，如果A没有再次收到B发来的“收到，可以”的消息，就可以认为自己的“你的消息已经收到”送给了B。而实际上，如果B收到A发来的“你的消息”我已经收到，说明，自己此前发出的消息已经被A收到。

这样，就可以保证A,B可靠地收到消息，保证他们在10:00准时发起进攻