LWIP应用开发|TCP状态机

原创

andyxi_linux 2021-12-31 17:19:53 博主文章分类：LWIP应用开发 ©著作权

文章标签 TCP状态机 netcat netstat find 客户端 文章分类 代码人生

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TCP状态机

1. TCP状态机

TCP状态机是TCP连接的变化过程。TCP在三次握手和四次挥手的过程，就是一个TCP的状态说明，由于TCP是一个面向连接的，可靠的传输，每一次的传输都会经历连接，传输，关闭的过程，无论是哪个方向的传输，必须建立连接才行，在双方通信的过程中，TCP的状态是不一样的

下图说明了TCP状态的变化过程

LWIP应用开发|TCP状态机_find

上图中不同线条的含义

粗线：主动发起连接（可理解为客户端模型）

虚线：被动发起连接（可理解为服务器模型）

细线：两端同时操作

TCP各个状态的解释：

CLOSED：表示初始状态
LISTEN：该状态表示服务器端的某个SOCKET处于监听状态，可以接受连接
SYN_SENT：这个状态与SYN_RCVD遥相呼应，当客户端SOCKET执行CONNECT连接时，它首先发送SYN报文，随即进入到了SYN_SENT状态，并等待服务端的发送三次握手中的第2个报文。SYN_SENT状态表示客户端已发送SYN报文
SYN_RCVD：该状态表示接收到SYN报文，在正常情况下，这个状态是服务器端的SOCKET在建立TCP连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态，很短暂。此种状态时，当收到客户端的ACK报文后，会进入到ESTABLISHED状态
ESTABLISHED：表示连接已经建立
FIN_WAIT_1：FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。区别是：
FIN_WAIT_1状态是当socket在ESTABLISHED状态时，想主动关闭连接，向对方发送了FIN报文，此时该socket进入到FIN_WAIT_1状态。
FIN_WAIT_2状态是当对方回应ACK后，该socket进入到FIN_WAIT_2状态，正常情况下，对方应马上回应ACK报文，所以FIN_WAIT_1状态一般较难见到，而FIN_WAIT_2状态可用netstat看到。
FIN_WAIT_2：主动关闭链接的一方，发出FIN收到ACK以后进入该状态。称之为半连接或半关闭状态。该状态下的socket只能接收数据，不能发。
TIME_WAIT：表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，等2MSL后即可回到CLOSED可用状态。如果FIN_WAIT_1状态下，收到对方同时带 FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入到TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态。
CLOSING：这种状态较特殊，属于一种较罕见的状态。正常情况下，当你发送FIN报文后，按理来说是应该先收到（或同时收到）对方的 ACK报文，再收到对方的FIN报文。但是CLOSING状态表示你发送FIN报文后，并没有收到对方的ACK报文，反而却也收到了对方的FIN报文。什么情况下会出现此种情况呢？如果双方几乎在同时close一个SOCKET的话，那么就出现了双方同时发送FIN报文的情况，也即会出现CLOSING状态，表示双方都正在关闭SOCKET连接。
CLOSE_WAIT：此种状态表示在等待关闭。当对方关闭一个SOCKET后发送FIN报文给自己，系统会回应一个ACK报文给对方，此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢，察看是否还有数据发送给对方，如果没有可以 close这个SOCKET，发送FIN报文给对方，即关闭连接。所以在CLOSE_WAIT状态下，需要关闭连接。
LAST_ACK：该状态是被动关闭一方在发送FIN报文后，最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后，即可以进入到CLOSED可用状态。

2. TCP状态分析

2.1 TCP状态分析工具

利用网络助手/nc命令/netstat命令工具，来查看及分析TCP状态：

使用网络调试助手创建服务器（或客户端）
使用nc命令（netcat）创建客户端（服务端）

connect to somewhere:   nc [-options] hostname port[s] [ports] ...
listen for inbound:     nc -l -p port [options] [hostname] [port]
options:
        -d              detach from console, background mode
        -e prog         inbound program to exec [dangerous!!]
        -g gateway      source-routing hop point[s], up to 8
        -G num          source-routing pointer: 4, 8, 12, ...
        -h              this cruft
        -i secs         delay interval for lines sent, ports scanned
        -l              listen mode, for inbound connects
        -L              listen harder, re-listen on socket close
        -n              numeric-only IP addresses, no DNS
        -o file         hex dump of traffic
        -p port         local port number
        -r              randomize local and remote ports
        -s addr         local source address
        -t              answer TELNET negotiation
        -c              send CRLF instead of just LF
        -u              UDP mode
        -v              verbose [use twice to be more verbose]
        -w secs         timeout for connects and final net reads
        -z              zero-I/O mode [used for scanning]
port numbers can be individual or ranges: m-n [inclusive]

nc 连接服务器

nc 127.0.0.1 6666

nc 建立服务器

nc -l -p 6666

使用netstat和find命令查看tcp状态

netstat命令：

显示协议统计信息和当前 TCP/IP 网络连接。
NETSTAT [-a] [-b] [-e] [-f] [-n] [-o] [-p proto] [-r] [-s] [-x] [-t] [interval]
  -a            显示所有连接和侦听端口。
  -b            显示在创建每个连接或侦听端口时涉及的可执行程序。在某些情况下，已知可执
  				行程序承载多个独立的组件，这些情况下，显示创建连接或侦听端口时涉及的组
  				件序列。在此情况下，可执行程序的名称位于底部 [] 中，它调用的组件位于顶
  				部，直至达到 TCP/IP。注意，此选项可能很耗时，并且在你没有足够权限时可
  				能失败。
  -e            显示以太网统计信息。此选项可以与 -s 选项结合使用。
  -f            显示外部地址的完全限定域名(FQDN)。
  -n            以数字形式显示地址和端口号。
  -o            显示拥有的与每个连接关联的进程 ID。
  -p proto      显示 proto 指定的协议的连接；proto可以是下列任何一个: TCP、UDP、TCPv6 
  				或 UDPv6。如果与 -s 选项一起用来显示每个协议的统计信息，proto 可以是下
  				列任何一个: IP、IPv6、ICMP、ICMPv6、TCP、TCPv6、UDP 或 UDPv6。
  -q            显示所有连接、侦听端口和绑定的非侦听 TCP 端口。绑定的非侦听端口不一定与
  				活动连接相关联。
  -r            显示路由表。
  -s            显示每个协议的统计信息。默认情况下，
                显示 IP、IPv6、ICMP、ICMPv6、TCP、TCPv6、UDP 和 UDPv6 的统计信息;
  -p            选项可用于指定默认的子网。
  -t            显示当前连接卸载状态。
  -x            显示 NetworkDirect 连接、侦听器和共享终结点。
  -y            显示所有连接的 TCP 连接模板。无法与其他选项结合使用。
  interval      重新显示选定的统计信息，各个显示间暂停的间隔秒数。按 CTRL+C 停止重新显示
                统计信息。如果省略，则 netstat 将打印当前的配置信息一次。

find命令：

FIND [/V] [/C] [/N] [/I] [/OFF[LINE]] "string" [[drive:][path]filename[ ...]]

  /V         显示所有未包含指定字符串的行。
  /C         仅显示包含字符串的行数。
  /N         显示行号。
  /I         搜索字符串时忽略大小写。
  /OFF[LINE] 不要跳过具有脱机属性集的文件。
  "string"   指定要搜索的文本字符串。
  [drive:][path]filename 指定要搜索的文件。

如果没有指定路径，FIND 将搜索在提示符处键入文本或者由另一命令产生的文本。