paulwong

TCP 連線狀態機制與流程

https://dev.twsiyuan.com/2017/09/tcp-states.html
在開發基於 HTTP 的網路應用服務時,當有大量連線要求,或是與長連線 (Persistent connection) 要求時,常常遇到底層 TCP 的連線斷線錯誤,導致服務不穩定。因此研究了解 TCP 的連線狀態機制,並嘗試用自己的方式整理筆記,希望能從基礎知識中找到解決錯誤的線索,或是任何能更進一步優化服務的手段。

僅紀錄 TCP 連線狀態以及建立或是斷開連線流程,關於進一步的 TCP 封包協定可參考 Reference 連線。

TCP 建立連線 (Open)

通常的 TCP 連線建立流程與狀態,需要三次的訊息交換來建立連線 (three-way handshaking):

TCP 建立連線流程圖

TCP 建立連線流程圖

其中左邊通常為 server,右邊則為 client,文字流程描述:

  1. Server 建立 TCB,開啟監聽連線,進入狀態 LISTENING
  2. Client 發出連線要求 SYN,進入狀態 SYN-SENT,等待回應
  3. Server 收到 SYN 要求,回應連線傳送 SYN+ACK,並進入狀態 SYN-RCVD (SYN-RECEIVED)
  4. Client 收到 SYN+ACK 確認完成連線進入狀態 ESTABLISHED,並送出 ACK
  5. Server 收到 ACK 確認連線完成,也進入狀態 ESTABLISHED
  6. 雙方開始傳送交換資料

該些名詞與狀態說明:

  • CLOSED:連線關閉狀態
  • LISTENING:監聽狀態,被動等待連線
  • SYN-SENT:主動送出連線要求 SYN,並等待對方回應
  • SYN-RCVD:收到連線要求 SYN,送出己方的 SYN+ACK 後,等待對方回應
  • ESTABLISHED:確定完成連線,可開始傳輸資料
  • TCB:Transmission Control Block,see wiki
  • SYN:Synchronous,表示與對方建立連線的同步符號
  • ACK:Acknowledgement,表示發送的數據已收到無誤

在建立連線時,可能會發生雙方同步建立連線的情形 (Simultaneous open),常見於 P2P 的應用中,其 TCP 建立連線的流程不太一樣:

TCP 同步建立連線流程圖

TCP 同步建立連線流程圖

畫成 TCP 狀態流程圖會是這樣:

TCP Open 狀態圖

TCP Open 狀態圖

TCP 斷開連線 (Close)

TCP 關閉流程如下,比建立連線還要複雜一些,需要經過四次的訊息交換 (four-way handshaking),要注意的是可以是由 server 發起主動關閉,抑或是 client 發起主動關閉:

TCP 關閉連線流程圖

TCP 關閉連線流程圖

其中左邊通常為 client 狀態 (由 client 主動發起關閉連線),右邊則為 server 狀態,文字流程描述:

  1. Client 準備關閉連線,發出 FIN,進入狀態 FIN-WAIT-1
  2. Server 收到 FIN,發回收到的 ACK,進入狀態 CLOSE-WAIT,並通知 App 準備斷線
  3. Client 收到 ACK,進入狀態 FIN-WAIT-2,等待 server 發出 FIN
  4. Server 確認 App 處理完斷線請求,發出 FIN,並進入狀態 LAST-ACK
  5. Client 收到 FIN,並回傳確認的 ACK,進入狀態 TIME-WAIT,等待時間過後正式關閉連線
  6. Server 收到 ACK,便直接關閉連線

該些名詞與狀態說明:

  • ESTABLISHED:連線開啟狀態
  • CLOSE-WAIT:等待連線關閉狀態,等待 App 回應
  • LAST-ACK:等待連線關閉狀態,等待遠端回應 ACK 後,便關閉連線
  • FIN-WAIT-1:等待連線關閉狀態,等待遠端回應 ACK
  • FIN-WAIT-2:等待連線關閉狀態,等待遠端回應 FIN
  • TIME-WAIT:等待連線關閉狀態,等段一段時候,保證遠端有收到其 ACK 關閉連線 (網路延遲問題)
  • CLOSED:連線關閉狀態
  • FIN:表示關閉連線的同步符號
  • ACK:Acknowledgement,表示發送的數據已收到無誤

有可能連線的雙方同時發起關閉,雖然機率還蠻低的:

TCP 同步關閉連線流程圖

TCP 同步關閉連線流程圖

這邊多一個狀態:

  • CLOSING:等待連線關閉狀態,等待遠端回應 ACK

畫成 TCP 狀態流程圖會是這樣:

TCP Close 狀態圖

TCP Close 狀態圖

查詢現在電腦的 TCP 狀態

查詢目前所有的連線狀態 (Windows & Linux):

netstat -a

Reference

posted on 2020-12-29 10:04 paulwong 阅读(45) 评论(0)  编辑  收藏 所属分类: LINUXLINUX-SHELLTCP


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