前言：
- TCP協議是計算機的基礎，他本身是一個非常非常復雜的協議。
- 本文只是蜻蜓點水，將從網絡基礎以及TCP的相關概念介紹開始，之后再將三次握手，四次揮手這些內容來闡述。
- 最后介紹一些常見問題，並給出解答。
網絡分層
在實際的網絡中，我們是四層網絡結構：
網絡傳輸層
網絡傳輸層負責最底層的底層鏈路連接。兩台主機之間進行互聯，基於網線的物理硬件上的協議。在這個側面，主機與主機之間只認得硬件mac編碼。並不認識IP。
網絡層
IP就是在網絡層出現的，就像網絡上，每個機器的地址。網絡層可以理解為快遞，它的職能就是根據地址（IP），把東西從一個地方運送到另一個地方
傳輸層
傳輸層相比於網絡層最大的不同就是引入了端口的概念。網絡層只管發送地址和目的地址。但是發送主機上有可能有多個程序和同一個接收主機進行傳輸數據，怎么區分這多個程序呢？就引入了端口的概念。（發送IP地址，發送端口，接收IP地址，接收端口）四元組標示了一個主機的程序到另一個主機程序的唯一標示。傳輸層的職能，就是維護這個四元組。
其實傳輸層還有一個職能是定義發送方和接收方基本處理包的行為。上面說到網絡層就相當於郵件運輸工，它只負責把一包東西從一個地方放到另外一個地方，但是，這包東西是否送達了，送達之后接收方又有什么行為。這些都可以在傳輸層進行定義。注意，這里說的是可以，你也可以在傳輸層布不管這些，只做簡單的基本封裝四元組，比如UDP
應用層
指定到主機端口了，接下來就是應用層干活了，可以傳文件，傳文本。應用層就是實際上對具體的程序之間的交互功能進行定義的層。
TCP協議
TCP(Transmission Control Protocol) 傳輸控制協議.TCP是主機對主機層的傳輸控制協議，提供可靠的連接服務，采用三次握手確認建立一個連接。
協議結構如下：
這里就不全部都講了，主介紹一部分：
Source Port和Destination Port
這兩個字段表示發送地址和目的地址的端口號，發送地址的IP和目的地址的IP是在IP協議頭中
Sequence number(順序號碼) Acknowledge number(確認號碼)
TCP的任意一端（不管是客戶端還是服務端），可以發送數據，也可以接受數據。那么發送序列號就是Seqence Number，接受序列號就是Acknowledgement Number。
其次，序列號是用來標志包的順序的。網絡中包由於網絡問題，接受到的並不是按順序到達的，接受端可以根據這個序列號來進行組裝。
比如：
給服務端發送8000字節的數據，順序號從10000開始，分成4個包發送，那么它們的標識就是12000,14000,16000,18000。
如下圖所示，由於網絡問題，最先到達的是序號為14000，但是服務端可以根據這些包的序號進行拼接，拼成完整的包。
Data offset和Reserved
由於tcp頭可能是不固定大小的（因為存在可選字段），所以需要有這個值來表示當前這個包的tcp頭有多大。
Reserved就是保留字段
位碼TCP標志位
就是下圖中的紅框的內容
SYN(synchronous建立聯機)：建立連接，發送一方告知另外一方，請求建立連接
ACK(acknowledgement 確認)：該包中有回復信息
PSH(push傳送)：該包中有傳輸信息
FIN(finish結束)：結束位，發送一方告知另外一方，請求中斷連接
RST(reset重置)：重置位，這個包是用來要對方重置連接
URG(urgent緊急)：緊急位，已經建議棄用
握手與揮手：
有了上面的基礎知識，相信下面的三次揮手和四次握手理解起來也不會費勁的。
下圖是三次握手的過程：
三次握手過程說明：
TCP服務器進程先創建傳輸控制塊TCB（存儲了每一個連接中的一些重要信息，如：TCP連接表，到發送和接收緩存的指針，到重傳隊列的指針，當前的發送和接收序號，等），准備接受客戶進程的連接請求。然后服務器進程就處於LISTEN（收聽）狀態，等待客戶的連接請求。如有，即作出相應。
第一次握手：
客戶端Client向服務端Server發起建立連接請求。客戶端會發送位碼SYN（請求建立連接），以及序列號x（seq=x），TCP規定，SYN報文段（即SYN=1的報文段）不能攜帶數據，但要消耗掉一個序號。這時，TCP客戶進程進入SYN-SENT（同步已發送）狀態。
第二次握手：
服務端Server接受到請求報文段之后。如同意建立連接，則向客戶端發送確認消息。在確認報文段中應把SYN位和ACK位都置1，確認號是ack=x+1，同時也為自己選擇一個初始序號seq=y。注意。這個報文段也不能攜帶數據，但同樣要消耗掉一個序號。這時服務端進程進入SYN-RCVD（同步收到）狀態。
第三次握手：
客戶端Client收到服務端Server的確認后，還要向服務端給出確認。確認報文段的ACK置1，確認號ack=y+1，而自己的序號seq=x+1。這時，TCP連接已經建立，客戶端進入ESTABLISHED（已連接狀態）。當服務端收到客戶端的確認之后，也進入ESTABLISHED狀態。
總結：
客戶端在三次握手中，狀態的轉變是：CLOSED->SYN_SEND->ESTABLISHED
服務端在三次握手中，狀態的轉變是：CLOSED->LISTENED->SYN_RCVD->ESTABLISHED
問題一：為什么不可以兩次握手，為什么客戶端還要再發送一次確認？
答：消除舊有連接請求的SYN消息對新連接的干擾，同步連接雙方的序列號和確認號並交換TCP 窗口大小信息。
比如說這種異常情況：客戶端發出的第一個連接請求報文段並沒有丟失，而是在某些網絡結點長時間滯留了，以致延誤到連接釋放以后的某個時間才到達服務端。本來這是一個早已失效的報文段。但服務端收到此失效的連接請求報文段后，就誤以為是客戶端又發出一次新的連接請求。於是就向客戶端發出確認報文段，同意建立連接。假定不采用三次握手，那么只要服務端發出確認，新的連接就建立了。
問題二：什么是SYN攻擊？如何檢測它？
在三次握手過程中，服務器發送SYN-ACK之后，收到客戶端的ACK之前的TCP連接稱為半連接(half-open connect).此時服務器處於Syn_RECV狀態.當收到ACK后，服務器轉入ESTABLISHED狀態.
Syn攻擊就是 攻擊客戶端 在短時間內偽造大量不存在的IP地址，向服務器不斷地發送syn包，服務器回復確認包，並等待客戶的確認，由於源地址是不存在的，服務器需要不斷的重發直 至超時，這些偽造的SYN包將長時間占用未連接隊列，正常的SYN請求被丟棄，目標系統運行緩慢，嚴重者引起網絡堵塞甚至系統癱瘓。
Syn攻擊是一個典型的DDOS攻擊。檢測SYN攻擊非常的方便，當你在服務器上看到大量的半連接狀態時，特別是源IP地址是隨機的，基本上可以斷定這是一次SYN攻擊.在Linux下可以如下命令檢測是否被Syn攻擊：
netstat -n -p TCP | grep SYN_RECV
一般較新的TCP/IP協議棧都對這一過程進行修正來防范Syn攻擊，修改tcp協議實現。主要方法有SynAttackProtect保護機制、SYN cookies技術、增加最大半連接和縮短超時時間等.
但是不能完全防范syn攻擊。
四次揮手過程說明：
在客戶端和服務端已經建立連接的情況下，需要四次揮手來斷開連接。如下圖所示：
第一次揮手：
客戶端發送一個FIN=1的報文段和順序號為u（seq=u）的請求關閉消息（客戶端沒有消息要發給你了，我准備關閉連接了，但是如果你還有數據沒有發送完成，則不必急着關閉Socket，可以繼續發送數據。所以你先發送ACK）。客戶端進入FIN-WAIT-1狀態，等待服務端的FIN報文段。
第二次揮手：
服務端收到客戶端的FIN報文段，會發送一個確認報文段ACK=1，以及確認序列號ack=u+1，還有自己的序列號seq=v（告訴客戶端，我已經收到你的請求關閉消息，但是我還沒准備好，請繼續等待），服務單進入CLOSE-WAIT階段，此時服務端還未關閉。
第三次揮手：
服務端向客戶端發送FIN=1報文段（告訴Client端，好了，我這邊數據發完了，准備好關閉連接了），ACK=1,序列號seq=w，ack=u+1，服務端進入LAST-ACK狀態
第四次揮手：
客戶端收到服務端發來的FIN=1報文段，給服務端發送ACK=1報文段，序列號seq=u+1，ack=w+1的消息。這時客戶端就可以關閉連接了，但是他還是不相信網絡，怕Server端不知道要關閉，所以發送ACK后進入TIME_WAIT狀態，如果Server端沒有收到ACK則可以重傳 ，客戶端等待了2MSL后依然沒有收到回復，客戶端關閉。服務端也關閉。
總結：
客戶端在四次揮手中的狀態變化是：ESTABLISHED -> FIN-WAITED-1 -> FIN-WAITED-2 -> TIME-WAITED -> CLOSED
服務單在四次揮手中的狀態變化是：ESTABLISHED -> CLOSE-WAITED LAST-ACK -> CLOSED
問題一：為什么在第四次回收后會有2個MSL的延時？
首先了解MSL，Maximum Segment Lifetime,最大報文生存時間，2個MSL是報文段發送和接受的最長時間。
假定網絡不可靠，那么第四次發送的ACK可能丟失，即服務端無法收到這個ACK，如果服務端收不到這個確認ACK，服務端會定時向客戶端端重復發送FIN，直到服務單端收到客戶端的確認ACK。所以這個2MSL就是用來處理這個可能丟失的ACK的。
問題二：為什么握手只要三次，揮手卻需要四次？
在TCP連接中，服務端SYN和ACK向客戶端發送是一次性發送的，而在斷開連接的過程中，服務端向客戶端發送的ACK和FIN是分兩次發送的。因為在服務端接受到客戶端的FIN后，服務端還有數據要傳輸的話，所以先發送ACK，等服務端處理完自己的事情后就可以發送FIN斷開連接了。
下篇預告：
TCP長連接與短連接，與Socket的聯系