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TCP Connections Status

1. 序言

    最近工作进行性能测试时发现,对应VR设备在与服务端建立连接后,用netstat -ano | grep “Port”,发现在推送不同大小的数据时,分别出现了CLOSE_WAIT和FIN_WAIT的状态,于是就有了此文。此前一直知道有网络连接的几次握手,但是平时工作中没有去具体排查如此底层的东西,概念基本就忘得差不多了。知识也只有在平时使用中积累,然后再具体问题出现时进一步加深印象。

2. TCP连接

    TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议,由IETF的RFC 793定义。在简化的计算机网络OSI模型中,它完成第四层传输层所指定的功能,用户数据报协议(UDP)是同一层内另一个重要的传输协议。在因特网协议族(Internet protocol suite)中,TCP层是位于IP层之上,应用层之下的中间层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接,但是IP层不提供这样的流机制,而是提供不可靠的包交换。

    应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流,然后TCP把数据流分区成适当长度的报文段(通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传输单元(MTU)的限制)。之后TCP把结果包传给IP层,由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。TCP为了保证不发生丢包,就给每个包一个序号,同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认(ACK);如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认,那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误;在发送和接收时都要计算校验和。

    当我们向服务器发送HTTP请求,获取数据、修改信息时,都需要建立TCP连接,包括三次握手,四次分手。为实现数据的可靠传输,TCP要在应用进程间建立传输连接。它是在两个传输用户之间建立一种逻辑联系,使得通信双方都确认对方为自己的传输连接端点。

2.1 建立连接

    建立连接前,服务器端首先被动打开其熟知的端口,对端口进行侦听。当客户端要和服务器端建立连接时,发起一个主动打开端口的请求(该端口一般为临时端口);然后进入三次握手的过程。

    Client连接Server

    当Client端调用socket函数调用时,相当于Client端产生了一个处于Closed状态的套接字。

    (1)第一次握手:Client端又调用connect函数调用,系统为Client随机分配一个端口,连同传入connect中的参数(Server的IP和端口),这就形成了一个连接四元组,客户端发送一个带SYN标志的TCP报文到服务器。这是三次握手过程中的报文1。connect调用让Client端的socket处于SYN_SENT状态,等待服务器确认;SYN:同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)。

    (2)第二次握手: 服务器收到syn包,必须确认客户的SYN(ack=j+1),同时自己也发送一个SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态。

    (3)第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户器和客务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手。连接已经可以进行读写操作。

    一个完整的三次握手也就是:请求—应答—再次确认

2.2 释放连接

pic1

    (1)客户端A发送一个FIN,用来关闭客户A到服务器B的数据传送。

    (2)服务器B收到这个FIN,它发回一个ACK,确认序号为收到的序号加1。和SYN一样,一个FIN将占用一个序号。

    (3)服务器B关闭与客户端A的连接,发送一个FIN给客户端A。

    (4)客户端A发回ACK报文确认,并将确认序号设置为收到序号加1。

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