关于TCP连接状态的解释

TCP各个状态主要存在于三次握手和四次挥手的过程

 

1、TCP建立连接时的三次握手:

 

服务端应用监听端口处于LISTEN状态，等待建立连接。

第一次握手:客户端发送SYN=一个随机数，然后进入SYN_SENT状态。

第二次握手:服务端收到SYN后，向客户端回应ACK＝随机数＋1，同时发送SYN＝k，然后进入SYN_RCVD状态。

第三次握手:客户端收到ACK后进行验证，并回应SYN，返回ACK＝k＋1，然后进入ESTABLISHED状态，服务端收到该ACK后进行验证，然后也进入ESTABLISHED状态。

服务端和客户端都进入ESTABLISHED状态后，表示连接建立完成，可以传输数据。

tcpdump抓包三次握手过程:

14:42:00.167658 IP 1.2.3.4.35646 > 192.168.1.223.ssh: Flags [S], seq 1012495606, win 29200, options [mss 1460,sackOK,TS val 3535567886 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
14:42:00.167700 IP 192.168.1.223.ssh > 1.2.3.4.35646: Flags [S.], seq 1306417285, ack 1012495607, win 28960, options [mss 1460,sackOK,TS val 3639018129 ecr 3535567886,nop,wscale 7], length 0
14:42:00.169637 IP 1.2.3.4.35646 > 192.168.1.223.ssh: Flags [.], ack 1, win 229, options [nop,nop,TS val 3535567889 ecr 3639018129], length 0

 

 

2、TCP断开连接时的四次挥手:

 

TCP连接中的任一端都可以主动断开连接，应用中一般是客户端主动断开。

第一次挥手:客户端向服务器端发送FIN，表示要断开连接(客户端不再发送数据了)，然后进入FIN_WAIT_1状态。

第二次挥手:服务端收到FIN后，回应ACK，然后进入CLOSE_WAIT状态。此时，服务端只能发送数据，不能接收数据。等服务端将缓冲区的数据发送完成后，向客户端发送FIN，然后进入LAST_ACK状态。

第三次挥手:客户端收到FIN的ACK后，进入FIN_WAIT_2状态，此时客户端无法再发送数据，只能接收数据。客户端收到服务端发来的FIN(表示服务端已将缓冲区的数据发送完成)，向服务端回应ACK(确认客户端已经收到该FIN)，然后客户端进入TIME_WAIT状态。

第四次挥手:服务端收到ACK后，也进入TIME_WAIT状态，客户端进入TIME_WAIT状态后，在等待等待2*MSL时间，进入CLOSED状态，连接关闭。

tcpdump抓包四次挥手过程: 

14:42:19.284169 IP 1.2.3.4.ssh > 192.168.1.223.35646: Flags [F.], seq 41, ack 7, win 227, options [nop,nop,TS val 3639037245 ecr 3535587003], length 0
14:42:19.285929 IP 192.168.1.223.35646 > 1.2.3.4.ssh: Flags [.], ack 41, win 229, options [nop,nop,TS val 3535587005 ecr 3639037245], length 0
14:42:19.285986 IP 192.168.1.223.35646 > 1.2.3.4.ssh: Flags [F.], seq 7, ack 42, win 229, options [nop,nop,TS val 3535587005 ecr 3639037245], length 0
14:42:19.285998 IP 1.2.3.4.ssh >192.168.1.223.35646: Flags [.], ack 8, win 227, options [nop,nop,TS val 3639037247 ecr 3535587005], length 0

 

为啥建立连接的时候是三次握手，而关闭连接的时候是四次挥手呢？？？

答：服务端在收到客户端请求连接连接(SYN)的时候，可以将SYN和ACK一起发送(放到一个报文中发送)。

　　服务端在收到客户端发来的FIN请求关闭连接的时候，仅表示客户端已没有数据发送了，但是服务端可能还有没发送完的数据，所以在回应ACK之后，还要等到将所有的数据发送完毕后，再向客户端回应一个FIN，确认可以关闭连接。

 

 

关于MSL时间:

      MSL是Maximum Segment Lifetime英文的缩写，中文可以译为“报文最大生存时间”，他是任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃。因为tcp报文（segment）是ip数据报（datagram）的数据部分，具体称谓请参见《数据在网络各层中的称呼》一文，而ip头中有一个TTL域，TTL是time to live的缩写，中文可以译为“生存时间”，这个生存时间是由源主机设置初始值但不是存的具体时间，而是存储了一个ip数据报可以经过的最大路由数，每经过一个处理他的路由器此值就减1，当此值为0则数据报将被丢弃，同时发送ICMP报文通知源主机。RFC 793中规定MSL为2分钟，实际应用中常用的是30秒，1分钟和2分钟等。 2MSL即两倍的MSL，TCP的TIME_WAIT状态也称为2MSL等待状态，当TCP的一端发起主动关闭，在发出最后一个ACK包后，即第3次握手完成后发送了第四次握手的ACK包后就进入了TIME_WAIT状态，必须在此状态上停留两倍的MSL时间，等待2MSL时间主要目的是怕最后一个ACK包对方没收到，那么对方在超时后将重发第三次握手的FIN包，主动关闭端接到重发的FIN包后可以再发一个ACK应答包。在TIME_WAIT状态时两端的端口不能使用，要等到2MSL时间结束才可继续使用。当连接处于2MSL等待阶段时任何迟到的报文段都将被丢弃。不过在实际应用中可以通过设置SO_REUSEADDR选项达到不必等待2MSL时间结束再使用此端口。 TTL与MSL是有关系的但不是简单的相等的关系，MSL要大于等于TTL。

 

查看系统中当前所有连接状态:

netstat -n|awk '/^tcp/{++S[$NF]}END{for (key in S) print key,S[key]}'

TIME_WAIT 4976
CLOSE_WAIT 46
SYN_SENT 3
FIN_WAIT2 1
ESTABLISHED 405

发现TIME_WAIT状态还是比较多的，可以通过调整内核参数优化:

#vim /etc/sysctl.conf

net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30

net.ipv4.tcp_syncookies = 1 表示开启SYN Cookies。当出现SYN等待队列溢出时，启用cookies来处理，可防范少量SYN攻击，默认为0，表示关闭；
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示开启重用。允许将TIME_WAIT sockets重新用于新的TCP连接，默认为0，表示关闭；
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示开启TCP连接中TIME_WAIT sockets的快速回收，默认为0，表示关闭；
net.ipv4.tcp_fin_timeout 修改系默认的 TIMEOUT 时间；