這篇文章對TCP的三次握手和四次揮手詳細過程進行總結。
1. TCP連接的建立—三次握手：
先對相關的符號作一下說明：
- 確認號字段（ack）：佔四個字節，是期望收到對方的下一個報文段的數據的第一個字節的序號。若ack = N，則表明到序號N-1爲止的所有數據都已正確收到。
- 確認位（ACK）：只有當ACK=1時確認號字段纔有效。當ACK=0時，確認號無效。
- 同步位（SYN）：同步 SYN=1 表示這是一個連接請求或連接接收報文。當SYN=1,ACK=0時，表明這是一個連接請求報文，對方若同意建立連接，則在響應報文中使用SYN=1，ACK=1。即，SYN=1就表示這是一個連接請求或連接接收報文。
TCP的連接的建立採用客戶/服務器的方式。主動發起連接建立的應用進程叫做客戶機，而被動等待連接建立的應用進程叫做服務器。連接的建立分爲3步，如下圖所示。
圖1 TCP三次握手
第一步：客戶機的TCP首先向服務器的TCP發送一個連接請求報文段。這個特殊的報文段中不含應用層數據，其首部中的SYN標誌位被置爲1。另外，客戶機會隨機選擇一個起始序列號 seq = x（連接請求報文不攜帶數據，但要消耗掉一個序號）。
第二步：服務器的TCP收到連接請求報文段後，如同意建立連接，就向客戶機發回確認，並未該TCP連接分配TCP緩存和變量。在確認報文段中，SYN和ACK位都被置爲1，確認號字段的值爲x+1,並且服務器隨機產生起始序列號 seq = y（確認報文不攜帶數據，但也要消耗掉一個序號）。確認報文段同樣不包含應用層數據。
第三步：當客戶機收到確認報文段後，還要向服務器給出確認，並且也要給該連接分配緩存和變量。這個報文段的ACK標誌位被置爲1，序號字段爲 x+1，確認號字段 ack = y+1。該報文段可以攜帶數據，如果不攜帶數據則不消耗序號。
在成功進行了以上三步之後，TCP連接就建立了，接下來就可以傳送應用層數據了。TCP提供的是全雙工通信，因此通信雙方的應用進程在任何時候都能發送數據。需要注意的是，服務器端的資源是在完成第二次握手時分配的，而客戶端的資源是在完成第三次握手時分配的。這就使得服務器易於受到SYN泛洪攻擊。
連接狀態：
- CLOSE : 起始狀態，無任何連接；
- LISTEN : 服務端建立socket之後需要listen進入LISTEN(偵聽)模式，偵聽來自遠方的TCP連接請求。
- SYN_SENT : 客戶端建立socket之後需要connect服務器，向服務端發送seq=x(隨機數)申請連接，然後進入SYN_SENT狀態。
- SYN_RECVD : 服務端在**偵聽模式 *下收到seq後會向客戶端迴應ack=x+1，同時發送seq=y，然後進入SYN_RCVD狀態。
- ESTABLISHED : 客戶端收到ack後進行驗證，同時迴應服務端發來的seq，返回ack=y+1，然後進入ESTABLISHED狀態。服務端收到最後一個ack後驗證，然後進入ESTABLISHED。表示雙方的連接建立完成，可以進行數據傳輸。
TCP連接的釋放—四次揮手
相關符號說明：
- 終止位（FIN）：用來釋放連接。FIN=1表明此報文段的發送方的數據已發送完畢，並要求釋放傳輸連接。
參與TCP連接的兩個進程中的任何一個都能終止連接，釋放步驟分爲四步。釋放連接過程圖如下所示。
2MSL （Maximum Segment Lifetime）: 最大報文生存時間；
圖2 TCP四次揮手
第一步：客戶機打算關閉連接，就向其TCP發送一個連接釋放報文段，並停止再發送數據，主動關閉TCP連接，該報文段的FIN標誌位被置爲1，seq = u，它等於前面已傳送過的數據的最後一個自己的序號加1（FIN報文段即使不攜帶數據，也要消耗一個序號）。TCP是全雙工的，即可以想象成是一條TCP連接上有兩條數據通路。當發送FIN報文時，發送FIN報文的一段就不能再發送數據，也就是關閉了其中一條數據通路，但對方還可以發送數據。
第二步：服務器收到連接釋放報文段後即發出確認，確認號是ack = u+1，而這個報文段自己的序號是v，等於它們前面已傳送過的數據的最後一個字節的序號加1。此時，從客戶機到服務器這個方向的連接就釋放了，TCP連接處於半關閉狀態。但服務器若發送數據，客戶機仍要接收，即從服務器到客戶機這個方向的連接並未關閉。
第三步：若服務器已經沒有要向客戶機發送的數據，就通知TCP釋放連接，此時其發出FIN=1的連接釋放報文段。
第四步：客戶機收到連接釋放報文段後，必須發出確認。在確認報文段中，ACK字段被置爲1，確認號ack = w+1，序號seq = u+1。此時TCP連接還沒有釋放掉，必須經過時間等待計時器設置的時間2MSL後，A才進入到連接關閉狀態。
連接狀態：
- FIN_WAIT_1 : 在ESTABLISHED(連接)狀態下，主動斷開連接會向對端發送FIN=1，然後進入FIN_WAIT_1狀態。
- CLOSED_WAIT : 被動斷開連接的一端收到FIN之後，會迴應ack，然後進入CLOSED_WAIT狀態，在CLOSED_WAIT狀態下，連接只能發送數據不能接收數據。
- FIN_WAIT_2 : 主動斷開連接的一端收到FIN的ack迴應後會進入FIN_WAIT_2狀態。此時無法再發送數據但是可以接受數據。
- LAST_ACK : 被動斷開連接的一端在緩衝區數據發送完成後會發送FIN = 1然後進入LAST_ACK狀態。如果程序健壯性較差，在socket收到文件結束符之後沒有關閉socket，此處不會發出FIN，導致連接停留在CLOSED_WAIT&FIN_WAIT_2狀態。
- TIME_WAIT : 主動斷開連接的一端在收到對端的FIN後迴應ACK然後進入TIME_WAIT。此狀態下連接已斷開，但爲了避免最後一個ACK在網絡中迷路，而導致的狀態紊亂，端口會被保留2*MSL的時長。
- CLOSED : 在TIME_WAIT狀態停留時間達到2*MSL之後進入CLOSED狀態，表示無任何連接。