最近一段时间在解决一个网络方面的 BUG,发现自己对 TCP 的状态了解得不够,于是复习了一遍 TCP 的各种状态与状态间的转换,并做了一个整理,以加深自己的理解。
网络上的两台设备想要一起工作,就必须使用相同的网络协议。像 TCP 这种复杂的协议,我们很难简洁地描述其各种确切的操作。所以我们试图使用有限状态机
来解释这个复杂的协议。
一. 有限状态机
有限状态机 (FSM : Finite State Machine)
又称有限状态自动机,简称状态机,是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型。FSM 的四个基本概念如下:
状态 state
: 描述机器在特定时间上处于的 环境(circumstance)或状况(status)转换 Transition
: 从一种状态到另一种状态的行为(act)事件 Event
: 导致状态发生变化的事情动作 Action
: 机器从一种状态转换之前对事件所做的响应
FSM通过解释协议可以处于的所有不同状态、可以在每个状态中发生的事件、针对事件采取的操作以及结果发生的转换来描述协议。协议通常在第一次运行时以特定的开始状态启动。尔后,它遵循一系列步骤使其进入常规操作状态,并根据特定类型的输入或其他情况移动到其他状态。状态机之所以称为有限状态机,是因为只有有限数量的状态。
二. TCP 的操作与状态
对于 TCP 来说,可以使用 FSM 来描述一个连接的生命周期 : 一个 TCP 设备和另一个 TCP 设备之间的每个连接,都从一个空状态(null state) 开始,经过一系列的状态变化,直到建立了(established)连接。然后它将保持这种状态,直到遇到某种事件,它将进行一系列状态直到回到关闭状态。
我们使用三个缩写词来表示状态间转换的三种类型消息,它们对应于 TCP 头的标志。(关于 TCP 头的内容可以参见我之前的博客 《TCP 协议概述》) :