聲明：本博客參考自《TCP/IP詳解卷一：協議》
1.初識TCP
TCP提供一種面向連接的，可靠的字節流服務。對比UDP不可靠的數據報服務。
TCP通過以下方式來保證其傳輸的可靠性
（1）應用數據被分割成T C P認爲最適合發送的數據塊。在IP層TCP數據一般不會被分片。
（2）當TCP發出一個段後,它啓動一個定時器,等待目的端確認收到這個報文段。如果不能及時收到一個確認，將重發這個報文段。
（3）當TCP收到發自TCP連接另一端的數據，它將發送一個確認。這個確認不是立即發送，通常將推遲幾分之一秒。
（4）TCP將保持它首部和數據的檢驗和。這是一個端到端的檢驗和，目的是檢測數據在傳輸過程中的任何變化。如果收到段的檢驗和有差錯， TCP將丟棄這個報文段和不確認收到此報文段（希望發端超時並重發）。
（5）TCP報文通過IP傳輸可能會失序，TCP會對收到的數據重新排序，交給應用程序。
（6）TCP的接收端會丟棄重複的報文。
（7）TCP還能提供流量控制。 TCP連接的每一方都有固定大小的緩衝空間。 TCP的接收端只允許另一端發送接收端緩衝區所能接納的數據。這將防止較快主機致使較慢主機的緩衝區溢出。
TCP的字節流體現在數據像流一樣被傳輸，中間不會添加任何的標識。如果一方的應用程序先傳10字節，又傳20字節，再傳50字節，連接的另一方將無法瞭解發方每次發送了多少字節。收方可以分4次接收這80個字節，每次接收 20字節。一端將字節流放到T CP連接上，同樣的字節流將出現在TCP連接的另一端。
2.TCP報文格式
TCP報文被封裝在IP數據報中，格式如下
TCP首部的格式如下所示：
①源端口和目的端口號：和IP首部的源IP地址和目的IP地址唯一確定一個TCP連接。
②序號：用來標識從TCP發端到接收端的數據字節流，它表示在這個報文段中的第一個數據字節。如果將字節流看作在兩個應用程序間的單向流動，則 TCP用序號對每個字節進行計數。
③確認序號：既然每個傳輸的字節都被計數，確認序號包含發送確認的一端所期望收到的下一個序號。因此，確認序號應當是上次已成功收到數據字節序號加 1。只有ACK標誌爲 1時確認序號字段纔有效。
④首部長度：首部長度給出首部中32bit字的數目。15*32/8 = 60字節，TCP首部最多60字節。
⑤6個標誌比特：
URG 緊急指針（u rgent pointer）有效。
ACK 確認序號有效。
PSH 接收方應該儘快將這個報文段交給應用層。
RST 重建連接。
SYN 同步序號用來發起一個連接。
FIN 發端完成發送任務。
當建立一個新的連接時， SYN標誌變1。序號字段包含由這個主機選擇的該連接的初始序號ISN（Initial Sequence Number）。該主機要發送數據的第一個字節序號爲這個ISN加1，因爲SYN標誌消耗了一個序號。
發送ACK無需任何代價，因爲32 bit的確認序號字段和ACK標誌一樣，總是TCP首部的一部分。因此，我們看到一旦一個連接建立起來，這個字段總是被設置， ACK標誌也總是被設置爲1。
⑥窗口大小：窗口大小爲字節數，最大爲65535字節。
⑦檢驗和：TCP首部和TCP數據。這是一個強制字段，必須由發送端就算接收端驗證。
⑧緊急指針：只有當URG標誌置1時緊急指針纔有效。緊急指針是一個正的偏移量，和序號字段中的值相加表示緊急數據最後一個字節的序號。 TCP的緊急方式是發送端向另一端發送緊急數據的一種方式。
⑨可選字段：最常見的可選字段是最長報文長度，又稱MSS（Maximum Segment Size）。它指明本端所能接收的最大長度的報文。這通常在同步連接報文中設置(設置SYN的第一個報文)。
3.TCP連接的建立和終止
3.1 連接
TCP的連接要經歷三次握手的過程
其中SYN爲前面TCP首部中的SYN字段，ACK爲TCP首部中的ACK字段。seq爲TCP首部中的32位序號，ack爲32位的確認序號。開始連接的seq值是由系統決定的具體的值未知，同理y的值也是未知的，但是各個值之間的關係是如圖中所示的。
從圖中可以看出SYN佔了一個序號，上圖還有一個東西沒有說明，在連接的時候會通知對端本端可接受數據的窗口大小，可通過下面的例子瞭解，下面是客戶端通過telnet連接服務器在抓包軟件中抓取的結果
其中svr4是客戶端的主機名，bsdi是服務器的主機名。S後面是序號，ack後面是確認序號。win是本端的窗口大小，mss是最大報文段長度，是指一個TCP報文的最大長度。前面的小數是時間相關的信息。
TCP在連接的時候會通告對端本段的窗口和其它信息，保證數據的流動性。
3.2 終止
TCP的終止需要經歷四次揮手的過程，這是由TCP的半關閉造成的。TCP連接是全雙工的，因此每一方都必須單獨關閉。
四次揮手的過程可以由客戶端或者服務器端發起，在第一次FIN被確認之後，被動關閉端可以繼續發送數據，然後才發送FIN。
通過下面的例子來看TCP關閉的過程
結合連接和斷開來看，SYN和FIN個自會消耗一個序號，而ack卻不會去消耗序號。
3.3 狀態圖變遷
前面的圖中已經說明過TCP連接和斷開過程中的狀態遷移了。上圖中左下角的虛線框中標註了主動關閉，這是服務器或者客戶端都可以進入的狀態。同理被動關閉的虛線框。
TIME_WAIT狀態也稱爲2MSL等待狀態。每個具體TCP實現必須選擇一個報文段最大生存時間MSL（Maximum Segment Lifetime）。它是任何報文段被丟棄前在網絡內的最長時間。
3.3 復位報文段
前面TCP的首部中有一個RST比特，這個比特主要用於“復位”。一般來說，無論何時一個報文發往別的機器的連接出現錯誤，都會出現這個報文段。RST報文在另一端不會產生任何響應，另一端不進行確認，一般以下情況會出現復位報文字段
（1）連接到不存在的端口。
（2）異常終止一個連接。
（3）檢測半打開連接。TCP中一方已經關閉或異常終止而另一方不知道的連接。