TCP连接的状态转移

TCP是一个面向连接的传输层协议，因此不论哪一方需要传输数据，都需要在双方之间建立一条传输连接。

用TCP的三次握手与四次挥手来解释TCP的各个状态之间的会比较清晰。

一、TCP的三次握手：

a)         单方主动发起连接：

1、  服务器端应用层的应用程序创建了一个socket，使服务端被动打开，从CLOSED状态切换至LISTEN状态；

2、  此时客户端向服务端发送了一个SYN=1，seq=i的数据段，主动打开，并将状态从CLOSED切换至SYN_SENT（此为TCP三次握手中的第一次握手）；

3、  服务端收到客户端的发来的同步请求后，给客户端回应一个SYN=1，ACK=1，seq=j，ack=i+1的数据段，并将状态从LISTEN切换至SYN_RCVD，等待客户端的最后的ACK（此为TCP三次握手中的第二次握手）；

4、  客户端收到服务端发来的ACK与SYN请求后，回应服务端ACK=1，seq=i+1，ack=j+1数据段，并将状态从SYN_SENT转换至ESTABLISHED（此为TCP三次握手中的第三次握手）；

5、  服务端收到客户端发来的ACK确认后，将状态从SYN_RCVD转换至ESTABLISHED.

b)         双方同时发起连接请求：

此种状态并不存在一方为服务器，一方为客户端的情况，主机A与主机B既是客户端又是服务端。

1、  主机A与主机B同时向对方发起同步请求；并将状态从CLOSED转换到SYN_SENT
  A：SYN=1  seq=i —–>  B（在收到对方的SYN请求后，状态从SYN_SENT转换到SYN_RCVD）
  B：SYN=1  seq=j —–>  A（在收到对方的SYN请求后，状态从SYN_SENT转换到SYN_RCVD）

2、  主机A与主机B再同时确认对方的同步请求；
  A：SYN=1 ACK=1  seq=i+1  ack=j+1 —–>  B（在收到对方的ACK确认后，状态从SYN_RCVD转换到ESTABLISHED）
  B：SYN=1 ACK=1  seq=j+1  ack=i+1 —–>  A（在收到对方的ACK确认后，状态从SYN_RCVD转换到ESTABLISHED）
                                                           注：注意同时发起请求时各状态转换的时间

二、TCP的四次挥手：

a)         单方主动发起断开请求：

1、  假设由客户端主动发起断开请求，客户端向服务器端发送FIN=1，seq=m的数据段，请求断开连接，并将状态从ESTABLISHED转换至FIN_WAIT 1 等待服务器确认；（此为四次挥手中的第一次挥手）

2、  服务器端接收到客户端发来的FIN请求后，会回应给客户端一个ACK=1
seq=n，ack=m+1的数据段，并将状态从ESTABLISHED转换至CLOSE_WAIT；此时如果服务器端还由未发送完成的数据，则会继续发送；（此为四次挥手中的第二次挥手）

3、  客户端收到来自服务器端发来的ACK数据段后，关闭客户端至服务器方向TCP连接，此时整个TCP连接处于半关闭状态（half-close）；
客户端状态从FIN_WAIT 1切换至FIN_WAIT 2 ；等待服务器端发送FIN确认可以断开连接；注：此时客户端仍然可以接收来自服务器端发送的数据

4、  当服务器端数据传输完成，向客户端发送FIN=1 ACK=1 seq=w ack=m+1的数据段（此时服务器ack确认的数据段为客户端关闭TCP连接的最后一个数据段的序号），并将状态从CLOSE_WAIT转换至LAST_ACK，等待客户端的ACK确认（此为TCP四次挥手的第3次挥手）

5、  客户端收到来自服务器端发送的FIN数据段后，向服务器段发送ACK确认数据段，并将状态从FIN_WAIT 2转换至TIMED_WAIT；等待2MSL(最大报文段生存时间)，如果没有收到来自服务器端的回应，关闭TCP连接，从TIMED_WAIT状态转换至CLOSED状态（此为TCP四次挥手的第四次挥手）

6、  服务器端在收到客户端发送的ACK后，将状态转换为LISTEN；如果在一定时间内收不到客户端的ACK，会重新向客户端发送FIN数据段

b)         双方同时发起FIN请求：

1、  双方同时向对方发送FIN请求；并将状态从ESTABLISHED转换至FIN_WAIT 1

2、  双方都收到来自对方发送的FIN请求时，将状态从FIN_WAIT
1转换至CLOSING；给对方发送ACK确认数据段后，又将状态从CLOSING转换至TIMED_WAIT；双方在等待2MSL时长后，没有收到来自对方的回应后，超时进入CLOSED状态

c)         如果在客户端向服务端发起SYN请求后，服务器段不愿意进行连接，此时服务器端会向客户端发送一个FIN请求，并将状态从SYN_RCVD切换到FIN_WAIT1；客户端收到FIN后，会回应服务器端一个ACK数据段，表示双方同时尝试关闭连接；并将状态从SYN_SENT切换至CLOSING；服务器端在收到客户端发来的ACK数据段后，切换状态至TIMED_WAIT；在超时后双方即关闭连接。

三、各个状态梳理：

CLOSED：初始状态；

LISTEN：应用层应用程序创建了一个socket；

SYN_RCVD：收到SYN同步请求，回应对方发送ACK、SYN；
SYN_SENT：发送了SYN同步请求；
ESTABLSHED：收到了对方的ACK确认；

FIN_WAIT 1：发起了FIN终止连接的请求，还未得到对方确认；

CLOSE_WAIT：收到了对方的FIN请求，回应给对方ACK；
FIN_WAIT 2：发送FIN请求，收到了ACKA确认，但未收到对方的FIN请求；

LAST_ACK：向对方发送了FIN请求，还未得到确认；

TIMED_WAIT：收到对方的FIN请求，回应ACK，等待2MSL；

CLOSING：在向对方发送FIN后，先接到对方的FIN，从FIN_WAIT 1转换至此状态，在向对方发送ACK后会进入TIME_WAIT状态；