TCP狀態遷移
大家對netstat -a命令很熟悉，但是，你有沒有注意到STATE一欄呢，基本上顯示着established,time_wait,close_wait等，這些到底是什麼意思呢，在這篇文章，我將會詳細的闡述。
大家很明白TCP初始化連接三次握手吧：發SYN包，然後返回SYN/ACK包，再發ACK包，連接正式建立。但是這裏有點出入，當請求者收到SYS/ACK包後，就開始建立連接了，而被請求者第三次握手結束後才建立連接。但是大家明白關閉連接的工作原理嗎？關閉連接要四次握手：發FIN包，ACK包，FIN包，ACK包，四次握手！！爲什麼呢，因爲TCP連接是全雙工，我關了你的連接，並不等於你關了我的連接。
客戶端TCP狀態遷移：
CLOSED->SYN_SENT->ESTABLISHED->FIN_WAIT_1->FIN_WAIT_2->TIME_WAIT->CLOSED
服務器TCP狀態遷移：
CLOSED->LISTEN->SYN收到->ESTABLISHED->CLOSE_WAIT->LAST_ACK->CLOSED
當客戶端開始連接時，服務器還處於LISTENING，
客戶端發一個SYN包後，他就處於SYN_SENT狀態,服務器就處於SYS收到狀態,
然後互相確認進入連接狀態ESTABLISHED.
當客戶端請求關閉連接時,客戶端發送一個FIN包後,客戶端就進入FIN_WAIT_1狀態,等待對方的確認包,
服務器發送一個ACK包給客戶,客戶端收到ACK包後結束FIN_WAIT_1狀態,進入FIN_WAIT_2狀態,等待服務器發過來的關閉請求,
服務器發一個FIN包後,進入CLOSE_WAIT狀態,
當客戶端收到服務器的FIN包,FIN_WAIT_2狀態就結束,然後給服務器端的FIN包給以一個確認包,客戶端這時進入TIME_WAIT,
當服務器收到確認包後,CLOSE_WAIT狀態結束了,
這時候服務器端真正的關閉了連接.但是客戶端還在TIME_WAIT狀態下,
什麼時候結束呢.我在這裏再講到一個新名詞:2MSL等待狀態,其實TIME_WAIT就是2MSL等待狀態,
爲什麼要設置這個狀態,原因是有足夠的時間讓ACK包到達服務器端,如果服務器端沒收到ACK包，超時了，然後重新發一個FIN包，直到服務器收到ACK包.
TIME_WAIT狀態等待時間是在TCP重新啓動後不連接任何請求的兩倍.
大家有沒有發現一個問題:如果對方在第三次握手的時候出問題,如發FIN包的時候,不知道什麼原因丟了這個包,然而這邊一直處在FIN_WAIT_2狀態,而且TCP/IP並沒有設置這個狀態的過期時間,那他一直會保留這個狀態下去,越來越多的FIN_WAIT_2狀態會導致系統崩潰.
上面我碰到的這個問題主要因爲TCP的結束流程未走完，造成連接未釋放。現設客戶端主動斷開連接，流程如下
如上圖所示，
Client 消息 Server
close()
------ FIN ------->
FIN_WAIT1 CLOSE_WAIT
<----- ACK -------
FIN_WAIT2
close()
<------ FIN ------
TIME_WAIT LAST_ACK
------ ACK ------->
CLOSED
CLOSED
由於Server的Socket在客戶端已經關閉時而沒有調用關閉，
造成服務器端的連接處在“掛起”狀態，而客戶端則處在等待應答的狀態上。
此問題的典型特徵是：
一端處於FIN_WAIT2 ，而另一端處於CLOSE_WAIT.
不過，根本問題還是程序寫的不好，有待提高
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CLOSE_WAIT，TCP的癌症，TCP的朋友。
CLOSE_WAIT狀態的生成原因
首先我們知道，如果我們的服務器程序APACHE處於CLOSE_WAIT狀態的話，說明套接字是被動關閉的！
因爲如果是CLIENT端主動斷掉當前連接的話，那麼雙方關閉這個TCP連接共需要四個packet：
Client ---> FIN ---> Server
Client <--- ACK <--- Server
這時候Client端處於FIN_WAIT_2狀態；而Server 程序處於CLOSE_WAIT狀態。
Client <--- FIN <--- Server
這時Server 發送FIN給Client，Server 就置爲LAST_ACK狀態。
Client ---> ACK ---> Server
Client迴應了ACK，那麼Server 的套接字纔會真正置爲CLOSED狀態。
Server 程序處於CLOSE_WAIT狀態，而不是LAST_ACK狀態，說明還沒有發FIN給Client，那麼可能是在關閉連接之前還有許多數據要發送或者其他事要做，導致沒有發這個FIN packet。
通常來說，一個CLOSE_WAIT會維持至少2個小時的時間。如果有個流氓特地寫了個程序，給你造成一堆的CLOSE_WAIT，消耗你的資源，那麼通常是等不到釋放那一刻，系統就已經解決崩潰了。
只能通過修改一下TCP/IP的參數，來縮短這個時間：修改tcp_keepalive_*系列參數有助於解決這個問題。
解決這個問題的方法是修改系統的參數，系統默認超時時間的是7200秒，也就是2小時， 這個太大了，可以修改如下幾個參數：
sysctl -w net.ipv4.tcp_keepalive_time=30
sysctl -w net.ipv4.tcp_keepalive_probes=2
sysctl -w net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=2
然後，執行sysctl命令使修改生效。
連接進程是通過一系列狀態表示的，這些狀態有：
LISTEN，SYN-SENT，SYN-RECEIVED，ESTABLISHED，FIN-WAIT-1，FIN-WAIT-2，CLOSE-WAIT，CLOSING，LAST-ACK，TIME-WAIT和CLOSED。
各個狀態的意義如下：
LISTEN - 偵聽來自遠方TCP端口的連接請求；
SYN-SENT -在發送連接請求後等待匹配的連接請求；
SYN-RECEIVED - 在收到和發送一個連接請求後等待對連接請求的確認；
ESTABLISHED- 代表一個打開的連接，數據可以傳送給用戶；
FIN-WAIT-1 - 等待遠程TCP的連接中斷請求，或先前的連接中斷請求的確認；
FIN-WAIT-2 - 從遠程TCP等待連接中斷請求；
CLOSE-WAIT - 等待從本地用戶發來的連接中斷請求；
CLOSING -等待遠程TCP對連接中斷的確認；
LAST-ACK - 等待原來發向遠程TCP的連接中斷請求的確認；
TIME-WAIT -等待足夠的時間以確保遠程TCP接收到連接中斷請求的確認；
CLOSED - 沒有任何連接狀態；
TCP連接過程是狀態的轉換，促使發生狀態轉換的是用戶調用：
OPEN，SEND，RECEIVE，CLOSE，ABORT和STATUS；
傳送過來的數據段，特別那些包括以下標記的數據段SYN，ACK，RST和FIN；
還有超時，上面所說的都會時TCP狀態發生變化。
TCP連接的狀態轉換圖
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這個圖n多人都知道，它對排除和定位網絡或系統故障時大有幫助，但是怎樣牢牢地將這張圖刻在腦中呢？那麼你就一定要對這張圖的每一個狀態，及轉換的過程有深刻地認識，不能只停留在一知半解之中。下面對這張圖的11種狀態詳細解釋一下，以便加強記憶！不過在這之前，先回顧一下TCP建立連接的三次握手過程，以及關閉連接的四次握手過程。 1、建立連接協議（三次握手） （2） 服務器端迴應客戶端的，這是三次握手中的第2個報文，這個報文同時帶ACK標誌和SYN標誌。因此它表示對剛纔客戶端SYN報文的迴應；同時又標誌SYN給客戶端，詢問客戶端是否準備好進行數據通訊。 （3） 客戶必須再次迴應服務段一個ACK報文，這是報文段3。 2、連接終止協議（四次握手） （1） TCP客戶端發送一個FIN，用來關閉客戶到服務器的數據傳送（報文段4）。 CLOSED: 這個沒什麼好說的了，表示初始狀態。 LISTEN: 這個也是非常容易理解的一個狀態，表示服務器端的某個SOCKET處於監聽狀態，可以接受連接了。 SYN_RCVD: 這個狀態表示接受到了SYN報文，在正常情況下，這個狀態是服務器端的SOCKET在建立TCP連接時的三次握手會話過程中的一箇中間狀態，很短暫，基本上用netstat你是很難看到這種狀態的，除非你特意寫了一個客戶端測試程序，故意將三次TCP握手過程中最後一個ACK報文不予發送。因此這種狀態時，當收到客戶端的ACK報文後，它會進入到ESTABLISHED狀態。 SYN_SENT: 這個狀態與SYN_RCVD遙想呼應，當客戶端SOCKET執行CONNECT連接時，它首先發送SYN報文，因此也隨即它會進入到了SYN_SENT狀態，並等待服務端的發送三次握手中的第2個報文。SYN_SENT狀態表示客戶端已發送SYN報文。 ESTABLISHED：這個容易理解了，表示連接已經建立了。 FIN_WAIT_1: 這個狀態要好好解釋一下，其實FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2狀態的真正含義都是表示等待對方的FIN報文。而這兩種狀態的區別是：FIN_WAIT_1狀態實際上是當SOCKET在ESTABLISHED狀態時，它想主動關閉連接，向對方發送了FIN報文，此時該SOCKET即進入到FIN_WAIT_1狀態。而當對方迴應ACK報文後，則進入到FIN_WAIT_2狀態，當然在實際的正常情況下，無論對方何種情況下，都應該馬上回應ACK報文，所以FIN_WAIT_1狀態一般是比較難見到的，而FIN_WAIT_2狀態還有時常常可以用netstat看到。 FIN_WAIT_2：上面已經詳細解釋了這種狀態，實際上FIN_WAIT_2狀態下的SOCKET，表示半連接，也即有一方要求close連接，但另外還告訴對方，我暫時還有點數據需要傳送給你，稍後再關閉連接。 TIME_WAIT: 表示收到了對方的FIN報文，併發送出了ACK報文，就等2MSL後即可回到CLOSED可用狀態了。如果FIN_WAIT_1狀態下，收到了對方同時帶FIN標誌和ACK標誌的報文時，可以直接進入到TIME_WAIT狀態，而無須經過FIN_WAIT_2狀態。 CLOSING: 這種狀態比較特殊，實際情況中應該是很少見，屬於一種比較罕見的例外狀態。正常情況下，當你發送FIN報文後，按理來說是應該先收到（或同時收到）對方的ACK報文，再收到對方的FIN報文。但是CLOSING狀態表示你發送FIN報文後，並沒有收到對方的ACK報文，反而卻也收到了對方的FIN報文。什麼情況下會出現此種情況呢？其實細想一下，也不難得出結論：那就是如果雙方幾乎在同時close一個SOCKET的話，那麼就出現了雙方同時發送FIN報文的情況，也即會出現CLOSING狀態，表示雙方都正在關閉SOCKET連接。 CLOSE_WAIT: 這種狀態的含義其實是表示在等待關閉。怎麼理解呢？當對方close一個SOCKET後發送FIN報文給自己，你係統毫無疑問地會迴應一個ACK報文給對方，此時則進入到CLOSE_WAIT狀態。接下來呢，實際上你真正需要考慮的事情是察看你是否還有數據發送給對方，如果沒有的話，那麼你也就可以close這個SOCKET，發送FIN報文給對方，也即關閉連接。所以你在CLOSE_WAIT狀態下，需要完成的事情是等待你去關閉連接。 LAST_ACK: 這個狀態還是比較容易好理解的，它是被動關閉一方在發送FIN報文後，最後等待對方的ACK報文。當收到ACK報文後，也即可以進入到CLOSED可用狀態了。 最後有2個問題的回答，我自己分析後的結論（不一定保證100%正確） 1、 爲什麼建立連接協議是三次握手，而關閉連接卻是四次握手呢？ 這是因爲服務端的LISTEN狀態下的SOCKET當收到SYN報文的建連請求後，它可以把ACK和SYN（ACK起應答作用，而SYN起同步作用）放在一個報文裏來發送。但關閉連接時，當收到對方的FIN報文通知時，它僅僅表示對方沒有數據發送給你了；但未必你所有的數據都全部發送給對方了，所以你可以未必會馬上會關閉SOCKET,也即你可能還需要發送一些數據給對方之後，再發送FIN報文給對方來表示你同意現在可以關閉連接了，所以它這裏的ACK報文和FIN報文多數情況下都是分開發送的。 2、 爲什麼TIME_WAIT狀態還需要等2MSL後才能返回到CLOSED狀態？ 這是因爲：雖然雙方都同意關閉連接了，而且握手的4個報文也都協調和發送完畢，按理可以直接回到CLOSED狀態（就好比從SYN_SEND狀態到ESTABLISH狀態那樣）；但是因爲我們必須要假想網絡是不可靠的，你無法保證你最後發送的ACK報文會一定被對方收到，因此對方處於LAST_ACK狀態下的SOCKET可能會因爲超時未收到ACK報文，而重發FIN報文，所以這個TIME_WAIT狀態的作用就是用來重發可能丟失的ACK報文，並保證於此。
斷開連接的時候， 當發起主動關閉的左邊這方發送一個FIN過去後， 服務器上出現大量的close_wait的例子和解決方法（例子從網上找的，基本差不多） 進程被kill時，會釋放佔用的所有鏈接句柄。
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