TCP狀態遷移，CLOSE_WAIT & FIN_WAIT2 的問題

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初始化連線三次握手吧：發SYN包，然後返回SYN/ACK包，再發ACK包，連線正式建立。但是這裡有點出入，當請求者收到SYS /ACK包後，就開始建立連線了，而被請求者第三次握手結束後才建立連線。但是大家明白關閉連線的工作原理嗎？關閉連線要四次握手：發FIN包，ACK 包，FIN包，ACK包，四次握手！！為什麼呢，因為TCP連線是全雙工，我關了你的連線，並不等於你關了我的連線。

客戶端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

當客戶端開始連線時，伺服器還處於LISTENING，

客戶端發一個SYN包後，他就處於SYN_SENT狀態,伺服器就處於SYS收到狀態,

然後互相確認進入連線狀態ESTABLISHED.

當客戶端請求關閉連線時,客戶端傳送一個FIN包後,客戶端就進入FIN_WAIT_1狀態,等待對方的確認包,

伺服器傳送一個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,

當客戶端收到伺服器的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,客戶端這時進入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連線.但是客戶端還在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，超時了，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重新啟動後不連線任何請求的兩倍.

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並沒有設定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為TCP的結束流程未走完，造成連線未釋放。現設客戶端主動斷開連線，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在客戶端已經關閉時而沒有呼叫關閉，

造成伺服器端的連線處在“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狀態的生成原因

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，說明套接字是被動關閉的！

因為如果是CLIENT端主動斷掉當前連線的話，那麼雙方關閉這個TCP連線共需要四個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 傳送FIN給Client，Server 就置為LAST_ACK狀態。

Client---> ACK ---> Server

Client回應了ACK，那麼Server 的套接字才會真正置為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，那麼可能是在關閉連線之前還有許多資料要傳送或者其 他事要做，導致沒有發這個FINpacket。

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的引數，來縮短這個時間：修改tcp_keepalive_*系列引數有助於解決這個 問題。

解決這個問題的方法是修改系統的引數，系統預設超時時間的是7200秒，也就是2小時， 這個太大了，可以修改如下幾個引數：

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。

連線程式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埠的連線請求； 

SYN-SENT-在傳送連線請求後等待匹配的連線請求； 

SYN-RECEIVED- 在收到和傳送一個連線請求後等待對連線請求的確認； 

ESTABLISHED- 代表一個開啟的連線，資料可以傳送給使用者； 

FIN-WAIT-1- 等待遠端TCP的連線中斷請求，或先前的連線中斷請求的確認；

FIN-WAIT-2- 從遠端TCP等待連線中斷請求； 

CLOSE-WAIT- 等待從本地使用者發來的連線中斷請求； 

CLOSING-等待遠端TCP對連線中斷的確認； 

LAST-ACK- 等待原來發向遠端TCP的連線中斷請求的確認； 

TIME-WAIT-等待足夠的時間以確保遠端TCP接收到連線中斷請求的確認； 

CLOSED- 沒有任何連線狀態；

TCP連線過程是狀態的轉換，促使發生狀態轉換的是使用者呼叫：

OPEN，SEND，RECEIVE，CLOSE，ABORT和STATUS

傳送過來的資料段，特別那些包括以下標記的資料段SYN，ACK，RST和FIN；

還有超時，上面所說的都會時TCP狀態發生變化。

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建立連線的三次握手過程，以及關閉連線的四次握手過程。

1、建立連線協議（三次握手）

（1）客戶 端傳送一個帶SYN標誌的TCP報文到伺服器。這是三次握手過程中的報文1。

（2） 伺服器端回應客戶端的，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 志。因此它表示對剛才客戶端SYN報文的回應；同時又標誌SYN給客戶端，詢問客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、連線終止協議（四次握手）

　 　由於TCP連 接是全雙工的，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傳送任務後就能傳送一個FIN來終 止這個方向的連線。收到一個 FIN只意味著這一方向上沒有資料流動，一個TCP連線 在收到一個FIN後仍能傳送資料。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 戶端傳送一個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） 伺服器關閉客戶端的連線，傳送一個FIN給客戶端（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，可以接受連線了。

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連線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式，故意將三次TCP握手 過程中最後一個ACK報文不予傳送。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連線時，它首先傳送SYN報文，因此也隨即它會進入到了SYN_SENT狀態，並等待服務端的傳送三次握手中的第2個報文。SYN_SENT狀態表示客戶端已傳送SYN報文。

ESTABLISHED：這個容易理解了，表示連線已經建立了。

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，它想主動關閉連線，向對方傳送了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，表示半連線，也即有一方要求close連線，但另外還告訴對方，我暫時還有點 資料需要傳送給你，稍後再關閉連線。

TIME_WAIT: 表示收到了對方的FIN報 文，併傳送出了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狀態表示你傳送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傳送FIN報文的情況，也即會出現CLOSING狀態，表示雙方都正在關閉SOCKET連線。

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後傳送FIN報文給自己，你係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傳送給對方，如果沒有的話， 那麼你也就可以close這個SOCKET，傳送FIN報文給對方，也即關閉連線。所以你在CLOSE_WAIT狀態下，需要完成的事情是等待你去關閉連線。

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傳送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、 為什麼建立連線協議是三次握手，而關閉連線卻是四次握手呢？

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）放在一個報文裡來傳送。但關閉連線時，當收到對方的FIN報文 通知時，它僅僅表示對方沒有資料傳送給你了；但未必你所有的資料都全部傳送給對方了，所以你可以未必會馬上會關閉SOCKET,也即你可能還需要傳送一些資料給對方之後，再傳送FIN報文給對方來表示你同意現在可以關閉連線了，所以它這裡的ACK報文 和FIN報文多數情況下都是分開傳送的。

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 都同意關閉連線了，而且握手的4個報文也都協調和傳送完畢，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，你無法保證你最後傳送的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。

     斷開連線的時候， 當發起主動關閉的左邊這方傳送一個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，而不是應用程式傳送的，

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呼叫closesocket,那麼他就不會傳送接下來的FIN，導致自己老是處於CLOSE_WAIT。

只有被動關閉的這一方呼叫了 closesocket,才會傳送一個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。 

比如被動關閉的是客戶端.

當對方呼叫closesocket的時候，你的程式正在 

int nRet = recv(s,....); if (nRet == SOCKET_ERROR) {     // closesocket(s);      return FALSE; }

很多人就是忘記了那句closesocket，這種程式碼太常見了。 

我的理解，

當主動關閉的一方傳送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後呼叫了closesocket, 那麼被動關閉的者一方的TCP就會傳送一個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的例子和解決方法（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埠的程式號(PID)。 $ /usr/sbin/lsof -i | grep 6800

程式被kill時，會釋放佔用的所有連結控制程式碼。 

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。