ZZ TCP狀態遷移close_wait狀態

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，基本上顯示著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初始化串連三向交握吧：發SYN包，然後返回SYN/ACK包，再發ACK包，串連正式建立。但是這裡有點出入，當要求者收到SYS /ACK包後，就開始建立串連了，而被要求者第三向交握結束後才建立串連。但是大家明白關閉串連的工作原理嗎？關閉串連要四次握手：發FIN包，ACK 包，FIN包，ACK包，四次握手！！為什麼呢，因為TCP串連是全雙工系統，我關了你的串連，並不等於你關了我的串連。
用戶端TCP狀態遷移：
 

CLOSED->SYN_SENT->ESTABLISHED->FIN_WAIT_1->FIN_WAIT_2->TIME_WAIT->CLOSED
伺服器TCP狀態遷移：
CLOSED->LISTEN->SYN收到 ->ESTABLISHED->CLOSE_WAIT->LAST_ACK->CLOSED
當用戶端開始串連時，伺服器還處於LISTENING，
用戶端發一個SYN包後，他就處於SYN_SENT狀態,伺服器就處於SYS收到狀態,
然後互相確認進入串連狀態ESTABLISHED.
當用戶端請求關閉串連時,用戶端發送一個FIN包後,用戶端就進入FIN_WAIT_1狀態,等待對方的確認包,
伺服器發送一個ACK包給客戶,用戶端收到ACK包後結束FIN_WAIT_1狀態,進入FIN_WAIT_2狀態,等待伺服器發過來的關閉請求,
伺服器發一個FIN包後,進入CLOSE_WAIT狀態,
當用戶端收到伺服器的FIN包,FIN_WAIT_2狀態就結束,然後給伺服器端的FIN包給以一個確認包,用戶端這時進入TIME_WAIT,
當伺服器收到確認包後,CLOSE_WAIT狀態結束了,
這時候伺服器端真正的關閉了串連.但是用戶端還在TIME_WAIT狀態下,
什麼時候結束呢.我在這裡再講到一個新名詞:2MSL等待狀態,其實TIME_WAIT就是2MSL等待狀態,
為什麼要設定這個狀態,原因是有足夠的時間讓ACK包到達伺服器端,如果伺服器端沒收到ACK包，逾時了，然後重新發一個FIN包，直到伺服器收到ACK 包.
TIME_WAIT狀態等待時間是在TCP重新啟動後不串連任何請求的兩倍.
大家有沒有發現一個問題:如果對方在第三向交握的時候出問題,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並沒有設定這個狀態的到期時間,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為TCP的結束流程未走完，造成串連未釋放。現設用戶端主動中斷連線，流程如下:
Client 訊息 Server
 close()
------ FIN ------->
FIN_WAIT1 CLOSE_WAIT
<----- ACK -------
FIN_WAIT2
close()
<------ FIN ------
TIME_WAIT LAST_ACK
 ------ ACK ------->
CLOSED
CLOSED
 

 

由於Server的Socket在用戶端已經關閉時而沒有調用關閉，
造成伺服器端的串連處在“掛起”狀態，而用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，根本問題還是程式寫的不好，有待提高
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CLOSE_WAIT，TCP的癌症，TCP的朋友。
CLOSE_WAIT狀態的產生原因
首先我們知道，如果我們的伺服器程式APACHE處於CLOSE_WAIT狀態的話，說明通訊端是被動關閉的！
因為如果是CLIENT端主動斷掉當前串連的話，那麼雙方關閉這個TCP串連共需要四個packet：
Client ---> FIN ---> Server
Client <--- ACK <--- Server
這時候Client端處於FIN_WAIT_2狀態；而Server 程式處於CLOSE_WAIT狀態。
Client <--- FIN <--- Server
這時Server 發送FIN給Client，Server 就置為LAST_ACK狀態。
Client ---> ACK ---> Server
Client回應了ACK，那麼Server 的通訊端才會真正置為CLOSED狀態。
Server 程式處於CLOSE_WAIT狀態，而不是LAST_ACK狀態，說明還沒有發FIN給Client，那麼可能是在關閉串連之前還有許多資料要發送或者其 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式，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，系統預設逾時時間的是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。
串連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連接埠的串連請求；
SYN-SENT -在發送串連請求後等待匹配的串連請求；
SYN-RECEIVED - 在收到和發送一個串連請求後等待對串連請求的確認；
ESTABLISHED- 代表一個開啟的串連，資料可以傳送給使用者；
FIN-WAIT-1 - 等待遠程TCP的串連插斷要求，或先前的串連插斷要求的確認；
FIN-WAIT-2 - 從遠程TCP等待串連插斷要求；
CLOSE-WAIT - 等待從本機使用者發來的串連插斷要求；
CLOSING -等待遠程TCP對串連中斷的確認；
LAST-ACK - 等待原來發向遠程TCP的串連插斷要求的確認；
TIME-WAIT -等待足夠的時間以確保遠程TCP接收到串連插斷要求的確認；
CLOSED - 沒有任何串連狀態；
TCP串連過程是狀態的轉換，促使發生狀態轉換的是使用者調用：
OPEN，SEND，RECEIVE，CLOSE，ABORT和STATUS
傳送過來的資料區段，特別那些包括以下標記的資料區段SYN，ACK，RST和FIN；
還有逾時，上面所說的都會時TCP狀態發生變化。
這個圖n多人都 知道，它對排除和定 位網路或系統故障時大有協助，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建立串連的三向交握過程，以及關閉串連的四次握手過程。
1、建立連線協定（三向交握）
（1）客戶 端發送一個帶SYN標誌的TCP報文到伺服器。這是三向交握過程中的報文1。
（2） 伺服器端回應用戶端的，這是三向交握中的第2個報文，這個報文同時帶ACK標誌和SYN標 志。因此它表示對剛才用戶端SYN報文的回應；同時又標誌SYN給用戶端，詢問用戶端是否準備好進行資料通 訊。
（3） 客戶必須再次回應服務段一個ACK報文，這是報文段3。
2、串連終止協議（四次握手）
　 　由於TCP連 接是全雙工系統的，因此每個方向都必須單獨進行關閉。這原則是當一方完成它的資料發送任務後就能發送一個FIN來終 止這個方向的串連。收到一個 FIN只意味著這一方向上沒有資料流動，一個TCP串連 在收到一個FIN後仍能發送資料。首先進行關閉的一方將執行主動關閉，而另一方執行被動關閉。
　（1） TCP客 戶端發送一個FIN，用來關閉客戶到伺服器的資料傳送（報文段4）。
　（2） 伺服器收到這個FIN，它發回一個ACK，確認序號為收到的序號加1（報文段5）。和SYN一 樣，一個FIN將佔用一個序號。
　（3） 伺服器關閉用戶端的串連，發送一個FIN給用戶端（報文段6）。
　（4） 客戶段發回ACK報文確認，並將確認序號設定為收到序號加1（報文段7）。
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，表示伺服器端的某個SOCKET處 於監聽狀態，可以接受串連了。
SYN_RCVD: 這個狀態表示接受到了SYN報 文，在正常情況下，這個狀態是伺服器端的SOCKET在建立TCP串連時的三向交握會話過程中的一個中間狀態，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用戶端測試程式，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，當收到用戶端的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，當用戶端SOCKET執行CONNECT串連時，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向交握中的第2個報文。SYN_SENT狀態表示用戶端已發送SYN報文。
ESTABLISHED：這個容易理解了，表示串連已經建立了。
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，它想主動關閉串連，向對方發送了FIN報文，此時該SOCKET即進入到FIN_WAIT_1狀態。而當對方回應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，表示半串連，也即有一方要求close串連，但另外還告訴對方，我暫時還有點 資料需要傳送給你，稍後再關閉串連。
TIME_WAIT: 表示收到了對方的FIN報 文，並發送出了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 志和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：那就是如果雙方几乎在同時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串連。
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，你系統毫無疑問地會回應一個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資料發送給對方，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，也即關閉串連。所以你在CLOSE_WAIT狀態下，需要完成的事情是等待你去關閉串連。
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、 為什麼建立連線協定是三向交握，而關閉串連卻是四次握手呢？
這是因為服務端的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）放在一個報文裡來發送。但關閉串連時，當收到對方的FIN報文 通知時，它僅僅表示對方沒有資料發送給你了；但未必你所有的資料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資料給對方之後，再發送FIN報文給對方來表示你同意現在可以關閉串連了，所以它這裡的ACK報文 和FIN報文多數情況下都是分開發送的。
2、 為什麼TIME_WAIT狀態還需要等2MSL後才能返回到CLOSED狀 態？
這是因為：雖然雙方 都同意關閉串連了，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）；但是因為我們必須要假想網路是不可靠的，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可能會因為逾時未收到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。
     中斷連線的時候， 當發起主動關閉的左邊這方發送一個FIN過去後，
右邊被動關閉的這方要回應一個ACK，這個ACK是TCP回應的，而不是應用程式發送的，
此時，被動關閉的一方就處於CLOSE_WAIT狀態了。
如果此時被動關閉的這一方不再繼續調用closesocket,那麼他就不會發送接下來的FIN，導致自己老是處於CLOSE_WAIT。
只有被動關閉的這一方調用了 closesocket,才會發送一個FIN給主動關閉的這一方，同時也使得自己的狀態變遷為LAST_ACK。
比如被動關閉的是用戶端.
當對方調用closesocket的時候，你的程式正在
 

int nRet = recv(s,....);
if (nRet == SOCKET_ERROR)
{
    // closesocket(s);&#160;
    return FALSE;
}
很多人就是忘記了那句closesocket，這種代碼太常見了。
我的理解，
當主動關閉的一方發送FIN到被動關閉這邊後，被動關閉這邊的TCP馬上回應一個ACK過去，同時向上面應用程式提交一個ERROR，
導致上面的SOCKET的send或者recv返回SOCKET_ERROR.
正常情況下，如果上面在返回SOCKET_ERROR後調用了closesocket, 那麼被動關閉的者一方的TCP就會發送一個FIN過去，自己的狀態就變遷到LAST_ACK.
伺服器上出現大量的close_wait的例子和解決方案（例子從網上找的，基本差不多）

$ /usr/sbin/lsof -i | grep 6800
$ /usr/sbin/lsof -i | grep 6800

oracle    22725 oracle9i    3u IPv4 18621468       TCP RHEL3:6800 (LISTEN)

oracle    22725 oracle9i    4u IPv4 18621469       TCP RHEL3:6800->RHEL3:2174 (CLOSE_WAIT)

oracle    22725 oracle9i    8u IPv4 18621568       TCP RHEL3:6800->RHEL3:2175 (CLOSE_WAIT)

oracle    22725 oracle9i    9u IPv4 18621578       TCP RHEL3:6800->RHEL3:2176 (CLOSE_WAIT)

oracle    22726 oracle9i    3u IPv4 18621468       TCP RHEL3:6800 (LISTEN)

oracle    22726 oracle9i    4u IPv4 18621469       TCP RHEL3:6800->RHEL3:2174 (CLOSE_WAIT)

oracle    22726 oracle9i    8u IPv4 18621568       TCP RHEL3:6800->RHEL3:2175 (CLOSE_WAIT)

oracle    22726 oracle9i    9u IPv4 18621578       TCP RHEL3:6800->RHEL3:2176 (CLOSE_WAIT)

$ kill -9 22725
# 22725, 22726就是使用該6800連接埠的進程號(PID)。
$ /usr/sbin/lsof -i | grep 6800
 

進程被kill時，會釋放佔用的所有連結控制代碼。
該問題的出現原因網上到處都是，也就是Socket的Client端出現異常沒有Close就退出了。