面试题：网络编程之TCP连接状态转换

Question

在基于TCP/IP协议栈的网络通信中，描述一下TCP连接从客户端发起SYN到最终完成四次挥手关闭连接，各个阶段的状态名称及状态转换的条件。

Answer 1

1. 客户端状态及转换：
   • SYN - SENT：
     • 状态描述：客户端调用connect函数主动发起连接，发送SYN包后进入此状态。
     • 转换条件：收到服务器的SYN + ACK包后，发送ACK包确认，并进入ESTABLISHED状态。
   • ESTABLISHED：
     • 状态描述：连接已建立，客户端和服务器可以进行数据传输。
     • 转换条件：客户端主动调用close函数关闭连接，发送FIN包，进入FIN - WAIT - 1状态；或者接收到服务器的FIN包，进入CLOSE - WAIT状态。
   • FIN - WAIT - 1：
     • 状态描述：客户端已发送FIN包，等待服务器的ACK确认。
     • 转换条件：接收到服务器的ACK确认包，进入FIN - WAIT - 2状态；若同时接收到服务器的FIN + ACK包，则直接进入TIME - WAIT状态。
   • FIN - WAIT - 2：
     • 状态描述：客户端已收到服务器对FIN包的ACK确认，等待服务器的FIN包。
     • 转换条件：接收到服务器的FIN包，发送ACK确认，进入TIME - WAIT状态。
   • TIME - WAIT：
     • 状态描述：客户端已发送对服务器FIN包的ACK确认，等待2MSL（Maximum Segment Lifetime，最长报文段寿命）时间确保所有相关报文都从网络中消失。
     • 转换条件：2MSL时间过去后，进入CLOSED状态。
   • CLOSED：
     • 状态描述：连接完全关闭，资源已释放。
2. 服务器状态及转换：
   • LISTEN：
     • 状态描述：服务器调用listen函数后，处于监听状态，等待客户端连接。
     • 转换条件：收到客户端的SYN包后，发送SYN + ACK包，进入SYN - RCVD状态。
   • SYN - RCVD：
     • 状态描述：服务器收到客户端的SYN包并发送了SYN + ACK包进行响应，等待客户端的ACK确认。
     • 转换条件：收到客户端的ACK确认包，进入ESTABLISHED状态。
   • ESTABLISHED：
     • 状态描述：同客户端，连接已建立，可进行数据传输。
     • 转换条件：服务器调用close函数关闭连接，发送FIN包，进入CLOSE - WAIT状态；或者接收到客户端的FIN包，发送ACK确认，进入LAST - ACK状态。
   • CLOSE - WAIT：
     • 状态描述：服务器收到客户端的FIN包，等待应用层调用close函数关闭连接。
     • 转换条件：应用层调用close函数，发送FIN包，进入LAST - ACK状态。
   • LAST - ACK：
     • 状态描述：服务器已发送FIN包，等待客户端的ACK确认。
     • 转换条件：收到客户端的ACK确认包，进入CLOSED状态。