TCP 有限状态机

什么是有限状态机

TCP 用**有限状态机（Finite State Machine, FSM）**精确描述连接从建立到释放的全生命周期。共定义 11 种状态，每个状态由特定事件（收到报文、应用层调用、超时）触发转换。

11 种状态详解

状态	说明	典型场景
CLOSED	无连接	初始状态或连接完全关闭
LISTEN	监听	服务端等待客户端连接
SYN_SENT	SYN 已发送	客户端发送 SYN 后等待回复
SYN_RCVD	SYN 已收到	服务端收到 SYN 并回复 SYN-ACK
ESTABLISHED	连接建立	数据传输阶段
FIN_WAIT_1	FIN 已发送	主动关闭方发送 FIN 后等待 ACK
FIN_WAIT_2	FIN 已确认	收到 ACK，等待对方 FIN
CLOSE_WAIT	收到对方 FIN	被动关闭方等待应用层关闭
CLOSING	同时关闭	双方同时发送 FIN
LAST_ACK	最后确认	被动关闭方发送 FIN 后等待 ACK
TIME_WAIT	等待 2MSL	确保可靠终止 + 防止旧报文干扰

客户端与服务端状态转换对比

客户端：主动发起连接，主动关闭连接，经历 TIME_WAIT 服务端：被动接受连接，被动关闭连接（通常），不经历 TIME_WAIT

异常状态转换

RST 重置连接

收到 RST 报文时，连接立即进入 CLOSED，不经过四次挥手：

触发 RST 的场景：

端口未监听（Connection Refused）
连接异常（如中间防火墙切断）
应用层强制关闭（SO_LINGER 选项）
收到不属于任何连接的报文

同时打开与同时关闭

同时打开（双方同时发送 SYN）：

CLOSED → SYN_SENT → SYN_RCVD → ESTABLISHED

同时关闭（双方同时发送 FIN）：

ESTABLISHED → FIN_WAIT_1 → CLOSING → TIME_WAIT → CLOSED

查看连接状态

# Linux: 查看各状态连接数量
ss -tan | awk '{print $1}' | sort | uniq -c | sort -rn

# 典型输出
  500 ESTAB
  200 TIME-WAIT
   50 CLOSE-WAIT
   10 SYN-RECV
    5 LISTEN

CLOSE_WAIT 过多：说明服务端应用层没有及时关闭连接（如忘记调用 close()），需检查代码。

SYN_RECV 过多：可能遭受 SYN Flood 攻击。

TIME_WAIT 过多：主动关闭方频繁断连，考虑连接复用。

本篇小结

TCP 定义 11 种状态，构成有限状态机
正常流程：CLOSED → LISTEN/SYN_SENT → SYN_RCVD → ESTABLISHED → FIN_WAIT → TIME_WAIT → CLOSED
RST 立即终止连接，不经过四次挥手
同时打开：双方都走 SYN_SENT → SYN_RCVD → ESTABLISHED
同时关闭：双方都走 FIN_WAIT_1 → CLOSING → TIME_WAIT
通过 ss -tan 监控各状态数量，定位问题

动手实践

查看本机各 TCP 状态数量：

ss -tan | awk '{print $1}' | sort | uniq -c | sort -rn

找到处于 CLOSE_WAIT 的连接，查看对应的进程：
```
ss -tp | grep CLOSE-WAIT
```
用 telnet 连接一个不存在的端口，观察 RST 报文（Wireshark 过滤 tcp.flags.rst==1）
思考：为什么服务端通常不进入 TIME_WAIT？如果服务端主动关闭连接，会有什么后果？