TCP（TCP，Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，它提供着可靠的网络传输服务。首先我们认识下TCP报文及其重要的一些字段属性。
- 源端口和目的端口，各占2个字节（1个字节=8bit），分别写入源端口和目的端口；
- 序号，占4个字节，TCP连接中传送的字节流中的每个字节都按顺序编号。例如，一段报文的序号字段值是 301 ，而携带的数据共有100字段，显然下一个报文段（如果还有的话）的数据序号应该从401开始；
- 确认号，占4个字节，是期望收到对方下一个报文的第一个数据字节的序号。例如，B收到了A发送过来的报文，其序列号字段是501，而数据长度是200字节，这表明B正确的收到了A发送的到序号700为止的数据。因此，B期望收到A的下一个数据序号是701，于是B在发送给A的确认报文段中把确认号置为701；
- 数据偏移，占4位，它指出TCP报文的数据距离TCP报文段的起始处有多远；
- 保留，占6位，保留今后使用，但目前应都位0；
- 紧急URG，当URG=1，表明紧急指针字段有效。告诉系统此报文段中有紧急数据；
- 确认ACK，仅当ACK=1时，确认号字段才有效。TCP规定，在连接建立后所有报文的传输都必须把ACK置1；
- 推送PSH，当两个应用进程进行交互式通信时，有时在一端的应用进程希望在键入一个命令后立即就能收到对方的响应，这时候就将PSH=1；
- 复位RST，当RST=1，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，然后再重新建立连接；
- 同步SYN，在连接建立时用来同步序号。当SYN=1，ACK=0，表明是连接请求报文，若同意连接，则响应报文中应该使SYN=1，ACK=1；
- 终止FIN，用来释放连接。当FIN=1，表明此报文的发送方的数据已经发送完毕，并且要求释放；
- 窗口，占2字节，指的是通知接收方，发送本报文你需要有多大的空间来接受；
- 检验和，占2字节，校验首部和数据这两部分；
- 紧急指针，占2字节，指出本报文段中的紧急数据的字节数；
选项，长度可变，定义一些其他的可选的参数。
“三次握手”
TCP建立连接通过“三次握手”方式。握手之前主动打开连接的客户端结束CLOSED阶段，被动打开的服务器端也结束CLOSED阶段，并进入LISTEN阶段。随后开始“三次握手”：
（1）首先客户端向服务器端发送一段TCP报文，其中：
- 标记位为SYN，表示“请求建立新连接”;
- 序号为Seq=X（X一般为1）；
- 随后客户端进入SYN-SENT阶段。
（2）服务器端接收到来自客户端的TCP报文之后，结束LISTEN阶段。并返回一段TCP报文，其中： - 标志位为SYN和ACK，表示“确认客户端的报文Seq序号有效，服务器能正常接收客户端发送的数据，并同意创建新连接”（即告诉客户端，服务器收到了你的数据）；
- 序号为Seq=y；
- 确认号为Ack=x+1，表示收到客户端的序号Seq并将其值加1作为自己确认号Ack的值；随后服务器端进入SYN-RCVD阶段。
（3）客户端接收到来自服务器端的确认收到数据的TCP报文之后，明确了从客户端到服务器的数据传输是正常的，结束SYN-SENT阶段。并返回最后一段TCP报文。其中： - 标志位为ACK，表示“确认收到服务器端同意连接的信号”（即告诉服务器，我知道你收到我发的数据了）；
- 序号为Seq=x+1，表示收到服务器端的确认号Ack，并将其值作为自己的序号值；
- 确认号为Ack=y+1，表示收到服务器端序号Seq，并将其值加1作为自己的确认号Ack的值；
- 随后客户端进入ESTABLISHED阶段。
- 服务器收到来自客户端的“确认收到服务器数据”的TCP报文之后，明确了从服务器到客户端的数据传输是正常的。结束SYN-SENT阶段，进入ESTABLISHED阶段。
在客户端与服务器端传输的TCP报文中，双方的确认号Ack和序号Seq的值，都是在彼此Ack和Seq值的基础上进行计算的，这样做保证了TCP报文传输的连贯性。一旦出现某一方发出的TCP报文丢失，便无法继续"握手"，以此确保了"三次握手"的顺利完成。
以下为客户端主动发起连接的图解：
通俗点讲，TCP的三次握手的基本思想就是“让我知道你已经知道了”。服务器监听请求，客户端发起连接请求（第一次连接），请求在路上可能存在丢失的风险，所以当请求到了服务器后如果服务器同意建立连接会给客户端一个回信（第二次连接），告诉它：我已经收到请求，可以连接。但是回信也存在一个问题，那就是回信能不能到客户端？它需要客户端给他一个回信说我已经收到批准通知了，如果客户端一直不回复的话意味着客户端没有收到批准通知。因此客户端一收到批准通知就立马回复（第三次握手）：OK，我收到你的批准通知了。至此，三次握手结束。这里举一个在信号不好的地方打电话情景的例子：
甲：听得到吗？
乙：听得到，你呢？
甲：我也听到了。
。。。开始了愉快的畅谈
“四次挥手”
TCP终止连接通过“四次挥手”方式。
挥手之前主动释放连接的客户端结束ESTABLISHED阶段。随后开始“四次挥手”：
（1）首先客户端想要释放连接，向服务器端发送一段TCP报文，其中：
- 标记位为FIN，表示“请求释放连接“；
- 序号为Seq=U；
- 随后客户端进入FIN-WAIT-1阶段，即半关闭阶段。并且停止在客户端到服务器端方向上发送数据，但是客户端仍然能接收从服务器端传输过来的数据。
注意：这里发送的不是正常连接时传输的数据(非确认报文)，而不是一切数据，所以客户端仍然能发送ACK确认报文。
（2）服务器端接收到从客户端发出的TCP报文之后，确认了客户端想要释放连接，随后服务器端结束ESTABLISHED阶段，进入CLOSE-WAIT阶段（半关闭状态）并返回一段TCP报文，其中：
- 标记位为ACK，表示“接收到客户端发送的释放连接的请求”；
- 序号为Seq=V；
- 确认号为Ack=U+1，表示是在收到客户端报文的基础上，将其序号Seq值加1作为本段报文确认号Ack的值；
- 随后服务器端开始准备释放服务器端到客户端方向上的连接。
- 客户端收到从服务器端发出的TCP报文之后，确认了服务器收到了客户端发出的释放连接请求，随后客户端结束FIN-WAIT-1阶段，进入FIN-WAIT-2阶段
"前两次挥手"既让服务器端知道了客户端想要释放连接，也让客户端知道了服务器端了解了自己想要释放连接的请求。于是，可以确认关闭客户端到服务器端方向上的连接了。
（3）服务器端自从发出ACK确认报文之后，经过CLOSED-WAIT阶段，做好了释放服务器端到客户端方向上的连接准备，再次向客户端发出一段TCP报文，其中：
- 标记位为FIN，ACK，表示“已经准备好释放连接了”。注意：这里的ACK并不是确认收到服务器端报文的确认报文。
- 序号为Seq=W；
- 确认号为Ack=U+1；表示是在收到客户端报文的基础上，将其序号Seq值加1作为本段报文确认号Ack的值。
- 随后服务器端结束CLOSE-WAIT阶段，进入LAST-ACK阶段。并且停止在服务器端到客户端的方向上发送数据，但是服务器端仍然能够接收从客户端传输过来的数据。
（4）客户端收到从服务器端发出的TCP报文，确认了服务器端已做好释放连接的准备，结束FIN-WAIT-2阶段，进入TIME-WAIT阶段，并向服务器端发送一段报文，其中： - 标记位为ACK，表示“接收到服务器准备好释放连接的信号”。
- 序号为Seq=U+1；表示是在收到了服务器端报文的基础上，将其确认号Ack值作为本段报文序号的值。
- 确认号为Ack=W+1；表示是在收到了服务器端报文的基础上，将其序号Seq值作为本段报文确认号的值。
- 随后客户端开始在TIME-WAIT阶段等待2MSL
- 服务器端收到从客户端发出的TCP报文之后结束LAST-ACK阶段，进入CLOSED阶段。由此正式确认关闭服务器端到客户端方向上的连接。
- 客户端等待完2MSL之后，结束TIME-WAIT阶段，进入CLOSED阶段，由此完成“四次挥手”。
"后两次挥手"既让客户端知道了服务器端准备好释放连接了，也让服务器端知道了客户端了解了自己准备好释放连接了。于是，可以确认关闭服务器端到客户端方向上的连接了，由此完成“四次挥手”。
通俗点讲，释放连接的时候：客户端发起关闭连接的请求，关闭连接意味着客户端结束了自己的工作即发送数据，但此时仍然处于数据传输的过程中，服务器可能未数据传输完毕，因此当请求到服务器时服务器知道了这个请求，但服务器数据传输未完成无法关闭连接，因此服务器先发送一个ACK告诉客户端关闭请求已收到，但老子正忙，一会再关，你再等一会。等服务器工作完成了，就把FIN信号发送给客户端，此时服务器要等着客户端给他一个回信，让服务器知道客户端已经知道了。因此客户端收到后就给服务器一个回信，为了防止回信丢失，客户端就再等2MSL个时间，之所以是2个，是因为涉及到来回，第一个MSL中是回信在路上的最大时间，第二个MSL是万一回信没到服务端，服务端重发的FIN确认在路上的时间。这里也举个老师上课的例子：
学生：老师，下课了。
老师：好，我知道了，我说完这点。
。。。老师继续balabala讲课
老师：好了，说完了，下课吧。
学生：谢谢老师，老师再见。
。。。学生等待老师走出了教室之后，再走。
常见面试题
【问题1】为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？
答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，“你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。
【问题2】为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？
答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在Client发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。
【问题3】为什么不能用两次握手进行连接？
答：3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。
现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发 送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S 是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分 组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。
【问题4】如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？
TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。
【问题5】SYN攻击是怎么回事？
在三次握手过程中，Server发送SYN-ACK之后，收到Client的ACK之前的TCP连接称为半连接（half-open connect），此时Server处于SYN_RCVD状态，当收到ACK后，Server转入ESTABLISHED状态。SYN攻击就是Client在短时间内伪造大量不存在的IP地址，并向Server不断地发送SYN包，Server回复确认包，并等待Client的确认，由于源地址是不存在的，因此，Server需要不断重发直至超时，这些伪造的SYN包将产时间占用未连接队列，导致正常的SYN请求因为队列满而被丢弃，从而引起网络堵塞甚至系统瘫痪。SYN攻击时一种典型的DDOS攻击，检测SYN攻击的方式非常简单，即当Server上有大量半连接状态且源IP地址是随机的，则可以断定遭到SYN攻击了，使用如下命令可以查看：
netstat -nap | grep SYN_RECV