Linux网络编程(TCP状态转换关系)

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前言

本篇文章来讲解一下TCP的状态转换关系，学习这个状态转换关系对于我们深入了解网络编程是非常有必要的。

一、TCP状态转换图

二、TCP连接状态转换解析

客户端状态转换：

1.CLOSED -> SYN-SENT：当客户端尝试与服务器建立连接时，客户端从CLOSED状态转换到SYN-SEND状态。此时客户端发送SYN（同步）包，表示请求建立连接，并等待服务器的确认。

2.当服务器确认后，发送SYN（同步）包和ACK（确认包）给客户端，客户端依然保持SYN-SEND状态，当客户端接收确认后会发送ACK（确认包）给服务器。

3.服务器接收到ACK（确认包）后就可以进行数据的通信了。此时客户端和服务器都进入了ESTABLISHED状态。

服务器状态转换：

1.CLOSED -> LISTEN：当服务器开始监听传入的连接请求时，服务器从CLOSED状态转换到LISTEN状态。此时服务器准备接收客户端的连接请求。

2.LISTEN -> SYN-RECEIVED：当服务器接收到客户端的连接请求后，服务器从LISTEN状态转换到SYN-RECEIVED状态。服务器发送确认（ACK）包给客户端，并等待客户端确认。

3.SYN-RECEIVED -> ESTABLISHED：当服务器收到客户端的确认（ACK）后，服务器从SYN-RECEIVED状态转换到ESTABLISHED状态。此时连接已经建立，双方可以开始进行数据传输。

三、TCP断开状态转换解析

客户端状态转换：
1.ESTABLISHED -> FIN-WAIT-1：当客户端决定终止连接时，客户端从ESTABLISHED状态转换到FIN-WAIT-1状态。客户端发送FIN（终止）包，表示请求终止连接，并等待服务器的确认。

2.FIN-WAIT-1 -> FIN-WAIT-2：当客户端收到服务器的确认（ACK）后，客户端从FIN-WAIT-1状态转换到FIN-WAIT-2状态。此时客户端等待服务器发送确认终止连接的请求。

3.FIN-WAIT-2 -> TIME-WAIT：当客户端收到服务器的确认终止连接的请求后，客户端从FIN-WAIT-2状态转换到TIME-WAIT状态。此时客户端进入等待状态，等待一段时间后才进入CLOSED状态。

4.TIME-WAIT -> CLOSED：经过一段时间的等待后，客户端从TIME-WAIT状态转换到CLOSED状态，表示连接彻底关闭。

服务器状态转换：

1.ESTABLISHED -> CLOSE-WAIT：当服务器决定终止连接时，服务器从ESTABLISHED状态转换到CLOSE-WAIT状态。服务器发送FIN（终止）包给客户端，并等待客户端确认。

2.CLOSE-WAIT -> LAST-ACK：当服务器收到客户端的确认（ACK）后，服务器从CLOSE-WAIT状态转换到LAST-ACK状态。此时服务器等待客户端发送确认终止连接的请求。

3.LAST-ACK -> CLOSED：当服务器收到客户端的确认终止连接的请求后，服务器从LAST-ACK状态转换到CLOSED状态。表示连接彻底关闭。

四、为什么需要有2MLS时长

2MSL（Maximum Segment Lifetime）是指TCP连接在关闭时，需要等待2倍的报文段最大存活时间，即两倍的报文最长生存时间来回收相关资源。这是TCP协议中设定的一个等待时间，用于确保连接双方都收到彼此的终止请求。

2MSL的存在是为了处理网络上可能存在的延迟、重传和乱序等问题，以确保连接的可靠关闭。在TCP连接关闭过程中，双方会交换终止连接的请求和确认，以保证数据传输的完整性和正确性。2MSL的设定时间可以确保在该时间段内，网络中所有与这个连接相关的报文段都能够被丢弃。

具体原因如下：

1.确保彻底关闭连接：2MSL的存在可以确保客户端和服务器都能收到对方的终止请求和确认，避免由于网络上的延迟或乱序等问题导致连接没有完全关闭。在2MSL的时间内，任何已失效的报文段都会被丢弃，从而确保连接彻底关闭。

2.确保旧连接不与新连接冲突：在TCP连接关闭后的一段时间内，可能会出现与之前关闭的连接相关的延迟报文段。如果新的连接使用了之前关闭连接时所用的端口号，这些延迟报文段可能会被错误地接收和处理。通过等待2MSL的时间，确保了旧连接中的所有报文段都已过期，不会与新的连接发生混淆。

3.防止延迟报文段对新连接的影响：在TCP连接关闭后，可能会出现延迟到达的报文段，这些报文段可能是在连接关闭前的最后一瞬间被发送出去的。如果新的连接使用的端口号与这些延迟报文段的源端口号冲突，可能导致报文段被误认为是新连接的一部分而产生错误。2MSL的等待时间可以确保所有延迟报文段都被丢弃，不会对新的连接产生干扰。

总结

本篇文章就讲解到这里，这部分的知识需要大家好好理解和消化。