网络编程中的TCP——TCP的连接的建立、关闭、状态转移

TCP连接的建立和关闭

wireshark捕获数据：

TCP三次握手+四次挥手的时序图：

三次握手：

报文段1包含SYN标志，这是一个同步报文段，表示发起连接请求，包含自己起始的序号值0；
报文段2是服务端同意建立连接，发送了自己的起始序号并对第一个报文进行了确认；
报文3是对服务端第二个报文的确认；

四次挥手：

报文14：由客户端发起了关闭连接的请求，带有FIN标志位，以及此时的序号和对服务器上一个报文的确认；
报文15：服务器确认了客户端的关闭请求，此时进入半关闭状态；
报文16：服务器发出断开连接请求，开始等待客户端最后一个确认；
报文17：客户端进行最后的确认；

半关闭状态

TCP是全双工的，所以允许两个方向的数据传输单独关闭。也即是通信的一端可以发送结束报文给对方，告知对方本端已完成数据的发送，但是允许继续接收来自对方的数据，直到对方也发送报文段关闭连接

以上面那个例子来说，客户端主动发起了关闭请求，在服务器返回确认之后，就进入了半关闭状态，客户端不会继续向服务端发送新的数据，但是还可以接收服务端的数据

TCP状态转移

上图描述了完整的TCP状态转移，下面是状态转移时序图：

三次握手建立连接：

客户端和服务器初始都处于CLOSED状态；
例子中由客户端发起连接请求SYN，发送完后客户端变成SYN_SENT状态；
服务器开启之后首先变成LISTEN状态，在接收到客户端的SYN后变成SYN_RCVD状态；
服务器发送SYN+ACK，客户端接收到之后，变成ESTABLISHED状态，发送最后一个ACK；
最后服务器收到ACK之后也变成ESTABLISHED状态，建立连接完成；

四次挥手：

例子中由客户端首先发起关闭连接请求，客户端发送完FIN后首先变成FIN_WAIT_1状态；
服务器收到关闭连接的请求之后变成CLOSE_WAIT状态，然后发送ACK表示同意关闭连接；
客户端收到服务器的ACK进入半关闭状态，FIN_WAIT_2；
此时客户端不会继续发送数据，但如果服务器还有数据，服务器会继续发送数据；
服务器发起关闭请求，进入LASK_ACK状态，表示等待客户端发送最后一个ACK；
客户端收到FIN请求，进入TIME_WAIT状态，发送最后一个ACK；
服务器在收到最后一个ACK后首先进入完全关闭状态；

TIME_WAIT

处于TIME_WAIT状态要等待2 * msl才能完全关闭，原因如下：
可靠的终止TCP连接；
MSL是报文段在网络中最大生存时间，2MSL保证网络上两个传输方向上尚未被接受到、迟到的TCP报文段都已经消失，保证新的连接在这个端口建立起来之后不会收到上一个连接的数据；

TIME_WAIT是第一个主动发起关闭连接的一端才会有的状态，如果是服务器先发起关闭连接的请求，在收到对方的关闭请求后也会变成TIME_WAIT状态；
处于TIEM_WAIT的这个端口不能立即被用来建立新的连接，要等连接彻底关闭；

对于客户端来说，处于TIME_WAIT状态的端口无法立即重新使用不是什么问题，因为客户端一般使用系统自动分配的临时端口号来建立连接，一般不会刚好分配到程序上一次用到的端口；
但是对于服务器来说，他总是使用一个固定端口。如果服务器程序刚刚关闭后又希望立即重新启动，就要等待2MSL，避免的方式是可以在创建socket时升值SO_REUSEADDR来强制进程可以立即使用处于TIME_WAIT状态的端口；