參照：
http://course.ccniit.com/CSTD/Linux/reference/files/018.PDF
http://hi.baidu.com/raycomer/item/944d23d9b502d13be3108f61
建立連接：
理解：窗口和滑動窗口
TCP的流量控制
連接建立時，各端分配一塊緩衝區用來存儲接收的數據，並將緩衝區的尺寸發送給另一端
接收方發送的確認信息中包含了自己剩餘的緩衝區尺寸
剩餘緩衝區空間的數量叫做窗口
2. TCP的流控過程（滑動窗口）
TCP(Transmission Control Protocol) 傳輸控制協議
三次握手
TCP是主機對主機層的傳輸控制協議，提供可靠的連接服務，採用三次握手確認建立一個連接:
位碼即tcp標誌位,有6種標示:
SYN(synchronous建立聯機)
ACK(acknowledgement 確認)
PSH(push傳送)
FIN(finish結束)
RST(reset重置)
URG(urgent緊急)
Sequence number(順序號碼)
Acknowledge number(確認號碼)
客戶端TCP狀態遷移：
CLOSED->SYN_SENT->ESTABLISHED->FIN_WAIT_1->FIN_WAIT_2->TIME_WAIT->CLOSED
服務器TCP狀態遷移：
CLOSED->LISTEN->SYN收到->ESTABLISHED->CLOSE_WAIT->LAST_ACK->CLOSED
各個狀態的意義如下：
LISTEN - 偵聽來自遠方TCP端口的連接請求；
SYN-SENT -在發送連接請求後等待匹配的連接請求；
SYN-RECEIVED - 在收到和發送一個連接請求後等待對連接請求的確認；
ESTABLISHED- 代表一個打開的連接，數據可以傳送給用戶；
FIN-WAIT-1 - 等待遠程TCP的連接中斷請求，或先前的連接中斷請求的確認；
FIN-WAIT-2 - 從遠程TCP等待連接中斷請求；
CLOSE-WAIT - 等待從本地用戶發來的連接中斷請求；
CLOSING -等待遠程TCP對連接中斷的確認；
LAST-ACK - 等待原來發向遠程TCP的連接中斷請求的確認；
TIME-WAIT -等待足夠的時間以確保遠程TCP接收到連接中斷請求的確認；
CLOSED - 沒有任何連接狀態；
TCP/IP協議中，TCP協議提供可靠的連接服務，採用三次握手建立一個連接，如圖1所示。
（1）第一次握手：建立連接時，客戶端A發送SYN包（SYN=j）到服務器B，並進入SYN_SEND狀態，等待服務器B確認。
（2）第二次握手：服務器B收到SYN包，必須確認客戶A的SYN（ACK=j+1），同時自己也發送一個SYN包（SYN=k），即SYN+ACK包，此時服務器B進入SYN_RECV狀態。
（3）第三次握手：客戶端A收到服務器B的SYN＋ACK包，向服務器B發送確認包ACK（ACK=k+1），此包發送完畢，客戶端A和服務器B進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手。
完成三次握手，客戶端與服務器開始傳送數據。
確認號：其數值等於發送方的發送序號 +1(即接收方期望接收的下一個序列號)。
圖1 TCP三次握手建立連接 
TCP的包頭結構：
源端口 16位
目標端口 16位
序列號 32位
迴應序號 32位
TCP頭長度 4位
reserved 6位
控制代碼 6位
窗口大小 16位
偏移量 16位
校驗和 16位
選項 32位(可選)
這樣我們得出了TCP包頭的最小長度，爲20字節
- 第一次握手:
客戶端發送一個TCP的SYN標誌位置1的包指明客戶打算連接的服務器的端口，以及初始序號X,保存在包頭的序列號(Sequence Number)字段裏。
- 第二次握手:
服務器發回確認包(ACK)應答。即SYN標誌位和ACK標誌位均爲1同時，將確認序號(Acknowledgement Number)設置爲客戶的I S N加1以.即X+1。
- 第三次握手.
客戶端再次發送確認包(ACK) SYN標誌位爲0,ACK標誌位爲1.並且把服務器發來ACK的序號字段+1,放在確定字段中發送給對方.並且在數據段放寫ISN的+1
(2)server端的TCP層對消息包進行分片傳輸；
(3)client端的TCP層對接收到的各個消息包分片回送響應；
(4)client端的TCP層每次收到一部分都會用ACK確認，之後server繼續傳輸，client繼續確認，直到完成響應消息的所有分片之後，Server發送組合HTTP響應包 200 OK，此時在client端的消息跟蹤中纔可以顯示HTTP 200 OK的消息包
關閉連接：
由於TCP連接是全雙工的，因此每個方向都必須單獨進行關閉。這個原則是當一方完成它的數據發送任務後就能發送一個FIN來終止這個方向的連接。收到一個 FIN只意味着這一方向上沒有數據流動，一個TCP連接在收到一個FIN後仍能發送數據。首先進行關閉的一方將執行主動關閉，而另一方執行被動關閉。
CP的連接的拆除需要發送四個包，因此稱爲四次揮手(four-way handshake)。客戶端或服務器均可主動發起揮手動作，在socket編程中，任何一方執行close()操作即可產生揮手操作。
（1）客戶端A發送一個FIN，用來關閉客戶A到服務器B的數據傳送。
（2）服務器B收到這個FIN，它發回一個ACK，確認序號爲收到的序號加1。和SYN一樣，一個FIN將佔用一個序號。
（3）服務器B關閉與客戶端A的連接，發送一個FIN給客戶端A。
（4）客戶端A發回ACK報文確認，並將確認序號設置爲收到序號加1。
TCP採用四次揮手關閉連接如圖2所示。
圖2 TCP四次揮手關閉連接
參見wireshark抓包，實測的抓包結果並沒有嚴格按揮手時序。我估計是時間間隔太短造成。
深入理解TCP連接的釋放：
由於TCP連接是全雙工的，因此每個方向都必須單獨進行關閉。這原則是當一方完成它的數據發送任務後就能發送一個FIN來終止這個方向的連接。收到一個 FIN只意味着這一方向上沒有數據流動，一個TCP連接在收到一個FIN後仍能發送數據。首先進行關閉的一方將執行主動關閉，而另一方執行被動關閉。
TCP協議的連接是全雙工連接，一個TCP連接存在雙向的讀寫通道。
簡單說來是 “先關讀，後關寫”，一共需要四個階段。以客戶機發起關閉連接爲例：
1.服務器讀通道關閉
2.客戶機寫通道關閉
3.客戶機讀通道關閉
4.服務器寫通道關閉
關閉行爲是在發起方數據發送完畢之後，給對方發出一個FIN（finish）數據段。直到接收到對方發送的FIN，且對方收到了接收確認ACK之後，雙方的數據通信完全結束，過程中每次接收都需要返回確認數據段ACK。
詳細過程：
第一階段 客戶機發送完數據之後，向服務器發送一個FIN數據段，序列號爲i；
1.服務器收到FIN(i)後，返回確認段ACK，序列號爲i+1，關閉服務器讀通道；
2.客戶機收到ACK(i+1)後，關閉客戶機寫通道；
（此時，客戶機仍能通過讀通道讀取服務器的數據，服務器仍能通過寫通道寫數據）
第二階段 服務器發送完數據之後，向客戶機發送一個FIN數據段，序列號爲j；
3.客戶機收到FIN(j)後，返回確認段ACK，序列號爲j+1，關閉客戶機讀通道；
4.服務器收到ACK(j+1)後，關閉服務器寫通道。
這是標準的TCP關閉兩個階段，服務器和客戶機都可以發起關閉，完全對稱。
FIN標識是通過發送最後一塊數據時設置的，標準的例子中，服務器還在發送數據，所以要等到發送完的時候，設置FIN（此時可稱爲TCP連接處於半關閉狀態，因爲數據仍可從被動關閉一方向主動關閉方傳送）。如果在服務器收到FIN(i)時，已經沒有數據需要發送，可以在返回ACK(i+1)的時候就設置FIN(j)標識，這樣就相當於可以合併第二步和第三步。讀《Linux網絡編程》關閉TCP連接章節，作以下筆記：
TCP的TIME_WAIT和Close_Wait狀態
面試時看到應聘者簡歷中寫精通網絡，TCP編程，我常問一個問題，TCP建立連接需要幾次握手？95%以上的應聘者都能答對是3次。問TCP斷開連接需要幾次握手，70%的應聘者能答對是4次通訊。再問CLOSE_WAIT，TIME_WAIT是什麼狀態，怎麼產生的，對服務有什麼影響，如何消除？有一部分同學就回答不上來。不是我扣細節，而是在通訊爲主的前端服務器上，必須有能力處理各種TCP狀態。比如統計在本廠的一臺前端機上高峯時間TCP連接的情況，統計命令：
- netstat -n | awk ’/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}’
結果：
除了ESTABLISHED，可以看到連接數比較多的幾個狀態是：FIN_WAIT1, TIME_WAIT, CLOSE_WAIT, SYN_RECV和LAST_ACK；下面的文章就這幾個狀態的產生條件、對系統的影響以及處理方式進行簡單描述。
TCP狀態
TCP狀態如下圖所示：
可能有點眼花繚亂？再看看這個時序圖
下面看下大家一般比較關心的三種TCP狀態
SYN_RECV
服務端收到建立連接的SYN沒有收到ACK包的時候處在SYN_RECV狀態。有兩個相關係統配置：
1，net.ipv4.tcp_synack_retries ：INTEGER
默認值是5
對於遠端的連接請求SYN，內核會發送SYN ＋ ACK數據報，以確認收到上一個 SYN連接請求包。這是所謂的三次握手( threeway handshake)機制的第二個步驟。這裏決定內核在放棄連接之前所送出的 SYN+ACK 數目。不應該大於255，默認值是5，對應於180秒左右時間。通常我們不對這個值進行修改，因爲我們希望TCP連接不要因爲偶爾的丟包而無法建立。
2，net.ipv4.tcp_syncookies
一般服務器都會設置net.ipv4.tcp_syncookies=1來防止SYN Flood攻擊。假設一個用戶向服務器發送了SYN報文後突然死機或掉線，那麼服務器在發出SYN+ACK應答報文後是無法收到客戶端的ACK報文的（第三次握手無法完成），這種情況下服務器端一般會重試（再次發送SYN+ACK給客戶端）並等待一段時間後丟棄這個未完成的連接，這段時間的長度我們稱爲SYN Timeout，一般來說這個時間是分鐘的數量級（大約爲30秒-2分鐘）。
這些處在SYNC_RECV的TCP連接稱爲半連接，並存儲在內核的半連接隊列中，在內核收到對端發送的ack包時會查找半連接隊列，並將符合的requst_sock信息存儲到完成三次握手的連接的隊列中，然後刪除此半連接。大量SYNC_RECV的TCP連接會導致半連接隊列溢出，這樣後續的連接建立請求會被內核直接丟棄，這就是SYN Flood攻擊。
能夠有效防範SYN Flood攻擊的手段之一，就是SYN Cookie。SYN Cookie原理由D. J. Bernstain和 Eric Schenk發明。SYN Cookie是對TCP服務器端的三次握手協議作一些修改，專門用來防範SYN Flood攻擊的一種手段。它的原理是，在TCP服務器收到TCP SYN包並返回TCP SYN+ACK包時，不分配一個專門的數據區，而是根據這個SYN包計算出一個cookie值。在收到TCP ACK包時，TCP服務器在根據那個cookie值檢查這個TCP ACK包的合法性。如果合法，再分配專門的數據區進行處理未來的TCP連接。
CLOSE_WAIT
發起TCP連接關閉的一方稱爲client，被動關閉的一方稱爲server。被動關閉的server收到FIN後，但未發出ACK的TCP狀態是CLOSE_WAIT。出現這種狀況一般都是由於server端代碼的問題，如果你的服務器上出現大量CLOSE_WAIT，應該要考慮檢查代碼。
TIME_WAIT
根據TCP協議定義的3次握手斷開連接規定,發起socket主動關閉的一方 socket將進入TIME_WAIT狀態。TIME_WAIT狀態將持續2個MSL(Max Segment Lifetime),在Windows下默認爲4分鐘，即240秒。TIME_WAIT狀態下的socket不能被回收使用. 具體現象是對於一個處理大量短連接的服務器,如果是由服務器主動關閉客戶端的連接，將導致服務器端存在大量的處於TIME_WAIT狀態的socket， 甚至比處於Established狀態下的socket多的多,嚴重影響服務器的處理能力，甚至耗盡可用的socket，停止服務。
爲什麼需要TIME_WAIT？TIME_WAIT是TCP協議用以保證被重新分配的socket不會受到之前殘留的延遲重發報文影響的機制,是必要的邏輯保證。
和TIME_WAIT狀態有關的系統參數有一般由3個，本廠設置如下：
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
net.ipv4.tcp_fin_timeout，默認60s，減小fin_timeout，減少TIME_WAIT連接數量。
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1表示開啓重用。允許將TIME-WAIT sockets重新用於新的TCP連接，默認爲0，表示關閉；
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1表示開啓TCP連接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默認爲0，表示關閉。
爲了方便描述，我給這個TCP連接的一端起名爲Client，給另外一端起名爲Server。上圖描述的是Client主動關閉的過程，FTP協議中就這樣的。如果要描述Server主動關閉的過程，只要交換描述過程中的Server和Client就可以了，HTTP協議就是這樣的。
描述過程：
Client調用close()函數，給Server發送FIN，請求關閉連接；Server收到FIN之後給Client返回確認ACK，同時關閉讀通道（不清楚就去看一下shutdown和close的差別），也就是說現在不能再從這個連接上讀取東西，現在read返回0。此時Server的TCP狀態轉化爲CLOSE_WAIT狀態。
Client收到對自己的FIN確認後，關閉 寫通道，不再向連接中寫入任何數據。
接下來Server調用close()來關閉連接，給Client發送FIN，Client收到後給Server回覆ACK確認，同時Client關閉讀通道，進入TIME_WAIT狀態。
Server接收到Client對自己的FIN的確認ACK，關閉寫通道，TCP連接轉化爲CLOSED，也就是關閉連接。
Client在TIME_WAIT狀態下要等待最大數據段生存期的兩倍，然後才進入CLOSED狀態，TCP協議關閉連接過程徹底結束。
以上就是TCP協議關閉連接的過程，現在說一下TIME_WAIT狀態。
從上面可以看到，主動發起關閉連接的操作的一方將達到TIME_WAIT狀態，而且這個狀態要保持Maximum Segment Lifetime的兩倍時間。爲什麼要這樣做而不是直接進入CLOSED狀態？
原因有二：
一、保證TCP協議的全雙工連接能夠可靠關閉
二、保證這次連接的重複數據段從網絡中消失
先說第一點，如果Client直接CLOSED了，那麼由於IP協議的不可靠性或者是其它網絡原因，導致Server沒有收到Client最後回覆的ACK。那麼Server就會在超時之後繼續發送FIN，此時由於Client已經CLOSED了，就找不到與重發的FIN對應的連接，最後Server就會收到RST而不是ACK，Server就會以爲是連接錯誤把問題報告給高層。這樣的情況雖然不會造成數據丟失，但是卻導致TCP協議不符合可靠連接的要求。所以，Client不是直接進入CLOSED，而是要保持TIME_WAIT，當再次收到FIN的時候，能夠保證對方收到ACK，最後正確的關閉連接。
再說第二點，如果Client直接CLOSED，然後又再向Server發起一個新連接，我們不能保證這個新連接與剛關閉的連接的端口號是不同的。也就是說有可能新連接和老連接的端口號是相同的。一般來說不會發生什麼問題，但是還是有特殊情況出現：假設新連接和已經關閉的老連接端口號是一樣的，如果前一次連接的某些數據仍然滯留在網絡中，這些延遲數據在建立新連接之後纔到達Server，由於新連接和老連接的端口號是一樣的，又因爲TCP協議判斷不同連接的依據是socket pair，於是，TCP協議就認爲那個延遲的數據是屬於新連接的，這樣就和真正的新連接的數據包發生混淆了。所以TCP連接還要在TIME_WAIT狀態等待2倍MSL，這樣可以保證本次連接的所有數據都從網絡中消失。
各種協議都是前人千錘百煉後得到的標準，規範。從細節中都能感受到精巧和嚴謹。每次深入都有同一個感覺，精妙。