TCP状态转化图 TIME_WAIT解析

　　先上转换图：

　　重点研究TIME_WAIT状态，根据UNIX网络编程中的思路，TIME_WAIT状态有两个存在的理由：

理由1、

　　客户端执行主动关闭，假设最终的ACK丢失，服务器将重新发送它的最后那个FIN，因此客户端必须维护状态信息，以允许它重新发送最终那个ACK，要是客户端 不维护状态信息，它将响应一个RST分节，该分节将被服务器解释成一个错误，如果TCP打算执行所有必要的工作以彻底终止连接上两个方向的数据流，那么它必须正确处理连接终止序列4个分节中任何一个分节丢失的情况。为什么执行主动关闭的那一端是处于TIME_WAIT状态的那一端：因为可能不得不重传最终那个ACK的就是那一端。

　　看了理由1的解释，想必还是有点蒙，根据个人的理解，给出一个通俗的解释：

　　MSL是最长分节生命期，也即一个分节在网络中传输，如果经过MSL时间还没有到达目的地，则这个分节自动失效。TIME_WAIT状态的超时时间是2MSL，就是如果TCP处于TIME_WAIT状态时，经过2MSL的时间后悔自动转到CLOSED状态。如果在TIME_WAIT状态时收到服务器发来的FIN，则会回复一个ACK。从图中可以看到，正常情况下，是从FIN_WAIT_2状态回复ACK然后转到TIME_WAIT状态的。而在TIME_WAIT状态恢复ACK则会转到CLOSED状态，不用等到超时时间到。

　　要是客户端不维护状态信息，也即没有TIME_WAIT状态，则客户端在FIN_WAIT_2状态回复ACK后直接回到CLOSED状态，来看看这样会存在什么问题，如果客户端在FIN_WAIT_2状态回复的这个ACK丢失了，而服务器由于超时没有接到ACK则会再一次发送FIN给客户端，这时的客户端是处于CLOSED状态的，当它接到FIN后会回复一个RST，服务器如果接到了这个RST则会解释成一个错误，这明显不是我们期望的。因此，客户端维护一个TIME_WAIT状态也就是有必要的了，在TIME_WAIT状态时收到FIN并回复ACK，然后回到CLOSED状态，这样客户端就功成身退了。读到这里，可能有读者会迷惑，如果在TIME_WAIT状态回复的这个ACK再次丢失呢，那处于CLOSED状态的客户端不还是会再次接收到服务端发来的FIN，然后回复RST吗？我想说不会的，这个ACK即使再丢失，服务端也不会回复FIN的，处于CLOSED状态的客户端也就不会再接收到FIN。要不然，在网络不稳定的情况下，客户端和服务器会陷入死循环，永远无法走出困境。看下面的分析。

　　解释一下为什么客户端的TIME_WAIT状态的超时时间是2MSL? 假设0时刻，客户端接收到服务端的第一次FIN，并回复ACK，进入TIME_WAIT状态。经过MSL时间，服务端没有收到这个ACK，判定超时，因此，再次发送FIN给客户端（正常情况下，服务器在CLOSE_WAIT状态第一次发送FIN，然后进入LAST_ACK状态，如果没有成功接收到客户端的ACK，则第一次超时后再次发送FIN，这次是从LAST_ACK开始的，发送完FIN后继续留在LAST_ACK状态，如果这次再超时便转入CLOSED状态，因此，以后就不会再发送FIN了，这正好解释了上面的红色部分），这个FIN的存活期最多也为MSL，如果在MSL时间内成功到达客户端，则客户端这时还处于TIME_WAIT状态，可以正确处理这个FIN，如果这个FIN在MSL时间内没有到达客户端，则自动失效，客户端也进入CLOSED状态，功成身退。

　　假如设计者让客户端处于TIME_WAIT状态的超时时间小于2MSL的话，我们再从头分析一次，0时刻，客户端接收到服务端的第一次FIN，并回复ACK，进入TIME_WAIT状态。经过MSL时间，服务端没有收到这个ACK，判定超时，因此，再次发送FIN给客户端，这个FIN存活期最多为MSL，如果FIN在MSL时间的最后一刻到达客户端，由于TIME_WAIT状态的超时时间小于2MSL，客户端已经回到了CLOSED状态，在CLOSED状态接收到FIN必然会回复RST，这是我们不希望的。因此，TIME_WAIT状态的超时时间要大于等于2MSL。

理由2：

　　我们假设在12.106.32.254的1500端口和206.168.112.219的21端口之间有一个TCP连接，我们关闭这个连接，过一段时间后，我们在相同的IP地址和端口之间建立另一个连接，后一个连接称为前一个连接的化身，因为他们的IP地址和端口号都相同，如果不存在TIME_WAIT状态的话，这个连接可以成功建立，而此时可能还有上一个连接的分节在网络中传输，还没有超过MSL时间而死掉。在相同的IP地址和端口上的新连接建立好之后，可能有一端会收到这个分节，这时我们不期望的。因此，设置了TIME_WAIT状态，TCP协议栈不会给处于TIME_WAIT状态的IP和端口建立连接，而直到超时2MSL时间退出TIME_WAIT状态后才可以建立新连接，这时网络中的相同IP和端口上的旧连接中的分节也早就死了。