一，為什么需要tcp協議？
計算機使用者意識到，計算機只是單兵作戰並不會發揮太大的作用。只有把它們聯合起來，電腦才會發揮出它最大的潛力。於是人們就想方設法的用電線把電腦連接到了一起。
TCP/IP不是一個協議，而是一個協議族的統稱。里面包括了IP協議，IMCP協議，TCP協議，以及我們更加熟悉的http、ftp、pop3協議等等
二，tcp定義
一種面向連接的、可靠的、基於字節流的傳輸層通信協議。
三，tcp/ip和osi/iso協議分層
ISO/OSI模型：應用層，表示層，會話層，傳輸層，網絡層，數據鏈路層，物理層。（不詳解）
TCP/IP模 型：應用層，傳輸層，網絡層，鏈路層。
應用層：向用戶提供常用的應用程序，比如電子郵件，遠程登錄等
傳輸層：提供應用程序間的通信。其功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠傳輸。為實現后者，傳輸層協議規定接收端必須發回確認，並且假如分組丟失，必須重新發送。
網絡層：負責相鄰計算機之間的通信。其功能包括三方面。
a、處理來自傳輸層的分組發送請求，收到請求后，將分組裝入IP數據報，填充報頭，選擇去往信宿機的路徑，然后將數據報發往適當的網絡接口。
b、處理輸入數據報：首先檢查其合法性，然后進行尋徑--假如該數據報已到達信宿機，則去掉報頭，將剩下部分交給適當的傳輸協議；假如該數據報尚未到達信宿，則轉發該數據報。
c、處理路徑、流控、擁塞等問題。
鏈路層：這是TCP/IP軟件的最低層，負責接收IP數據報並通過網絡發送之，或者從網絡上接收物理幀，抽出IP數據報，交給IP層。
四，tcp報文格式
16位源端口號：16位的源端口中包含初始化通信的端口。源端口和源IP地址的作用是標識報文的返回地址。
16位目的端口號：16位的目的端口域定義傳輸的目的。這個端口指明報文接收計算機上的應用程序地址接口。
32位序號：32位的序列號由接收端計算機使用，重新分段的報文成最初形式。當SYN出現，序列碼實際上是初始序列碼（Initial Sequence Number，ISN），而第一個數據字節是ISN+1。這個序列號（序列碼）可用來補償傳輸中的不一致。
32位確認序號：32位的序列號由接收端計算機使用，重組分段的報文成最初形式。如果設置了ACK控制位，這個值表示一個准備接收的包的序列碼。
4位首部長度：4位包括TCP頭大小，指示何處數據開始。
保留（6位）：6位值域，這些位必須是0。為了將來定義新的用途而保留。
標志：6位標志域。表示為：緊急標志、有意義的應答標志、推、重置連接標志、同步序列號標志、完成發送數據標志。按照順序排列是：URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN。
16位窗口大小：用來表示想收到的每個TCP數據段的大小。TCP的流量控制由連接的每一端通過聲明的窗口大小來提供。窗口大小為字節數，起始於確認序號字段指明的值，這個值是接收端正期望接收的字節。窗口大小是一個16字節字段，因而窗口大小最大為65535字節。
16位校驗和：16位TCP頭。源機器基於數據內容計算一個數值，收信息機要與源機器數值 結果完全一樣，從而證明數據的有效性。檢驗和覆蓋了整個的TCP報文段：這是一個強制性的字段，一定是由發送端計算和存儲，並由接收端進行驗證的。
16位緊急指針：指向后面是優先數據的字節，在URG標志設置了時才有效。如果URG標志沒有被設置，緊急域作為填充。加快處理標示為緊急的數據段。
選項：長度不定，但長度必須為1個字節。如果沒有選項就表示這個1字節的域等於0。
數據：該TCP協議包負載的數據。
在上述字段中，6位標志域的各個選項功能如下。
URG：緊急標志。緊急標志為"1"表明該位有效。
ACK：確認標志。表明確認編號欄有效。大多數情況下該標志位是置位的。TCP報頭內的確認編號欄內包含的確認編號（w+1）為下一個預期的序列編號，同時提示遠端系統已經成功接收所有數據。
PSH：推標志。該標志置位時，接收端不將該數據進行隊列處理，而是盡可能快地將數據轉由應用處理。在處理Telnet或rlogin等交互模式的連接時，該標志總是置位的。
RST：復位標志。用於復位相應的TCP連接。
SYN：同步標志。表明同步序列編號欄有效。該標志僅在三次握手建立TCP連接時有效。它提示TCP連接的服務端檢查序列編號，該序列編號為TCP連接初始端（一般是客戶端）的初始序列編號。在這里，可以把TCP序列編號看作是一個范圍從0到4，294，967，295的32位計數器。通過TCP連接交換的數據中每一個字節都經過序列編號。在TCP報頭中的序列編號欄包括了TCP分段中第一個字節的序列編號。
FIN：結束標志。
五，tcp三次握手
所謂三次握手（Three-Way Handshake）即建立TCP連接，就是指建立一個TCP連接時，需要客戶端和服務端總共發送3個包以確認連接的建立。在socket編程中，這一過程由客戶端執行connect來觸發，整個流程如下圖所示：
（1）第一次握手：Client將標志位SYN置為1，隨機產生一個值seq=J，並將該數據包發送給Server，Client進入SYN_SENT狀態，等待Server確認。
（2）第二次握手：Server收到數據包后由標志位SYN=1知道Client請求建立連接，Server將標志位SYN和ACK都置為1，ack=J+1，隨機產生一個值seq=K，並將該數據包發送給Client以確認連接請求，Server進入SYN_RCVD狀態。
（3）第三次握手：Client收到確認后，檢查ack是否為J+1，ACK是否為1，如果正確則將標志位ACK置為1，ack=K+1，並將該數據包發送給Server，Server檢查ack是否為K+1，ACK是否為1，如果正確則連接建立成功，Client和Server進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手，隨后Client與Server之間可以開始傳輸數據了。
簡單來說，就是
1、建立連接時，客戶端發送SYN包（SYN=i）到服務器，並進入到SYN-SEND狀態，等待服務器確認
2、服務器收到SYN包，必須確認客戶的SYN（ack=i+1）,同時自己也發送一個SYN包（SYN=k）,即SYN+ACK包，此時服務器進入SYN-RECV狀態
3、客戶端收到服務器的SYN+ACK包，向服務器發送確認報ACK（ack=k+1）,此包發送完畢，客戶端和服務器進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手，客戶端與服務器開始傳送數據。
SYN攻擊：
在三次握手過程中，Server發送SYN-ACK之后，收到Client的ACK之前的TCP連接稱為半連接（half-open connect），此時Server處於SYN_RCVD狀態，當收到ACK后，Server轉入ESTABLISHED狀態。SYN攻擊就是Client在短時間內偽造大量不存在的IP地址，並向Server不斷地發送SYN包，Server回復確認包，並等待Client的確認，由於源地址是不存在的，因此，Server需要不斷重發直至超時，這些偽造的SYN包將產時間占用未連接隊列，導致正常的SYN請求因為隊列滿而被丟棄，從而引起網絡堵塞甚至系統癱瘓。SYN攻擊時一種典型的DDOS攻擊，檢測SYN攻擊的方式非常簡單，即當Server上有大量半連接狀態且源IP地址是隨機的，則可以斷定遭到SYN攻擊了，使用如下命令可以讓之現行：
#netstat -nap | grep SYN_RECV
六，tcp四次揮手
所謂四次揮手（Four-Way Wavehand）即終止TCP連接，就是指斷開一個TCP連接時，需要客戶端和服務端總共發送4個包以確認連接的斷開。
在socket編程中，這一過程由客戶端或服務端任一方執行close來觸發，整個流程如下圖所示：
由於TCP連接時全雙工的，因此，每個方向都必須要單獨進行關閉，這一原則是當一方完成數據發送任務后，發送一個FIN來終止這一方向的連接，收到一個FIN只是意味着這一方向上沒有數據流動了，即不會再收到數據了，但是在這個TCP連接上仍然能夠發送數據，直到這一方向也發送了FIN。首先進行關閉的一方將執行主動關閉，而另一方則執行被動關閉，上圖描述的即是如此。
（1）第一次揮手：Client發送一個FIN，用來關閉Client到Server的數據傳送，Client進入FIN_WAIT_1狀態。
（2）第二次揮手：Server收到FIN后，發送一個ACK給Client，確認序號為收到序號+1（與SYN相同，一個FIN占用一個序號），Server進入CLOSE_WAIT狀態。
（3）第三次揮手：Server發送一個FIN，用來關閉Server到Client的數據傳送，Server進入LAST_ACK狀態。
（4）第四次揮手：Client收到FIN后，Client進入TIME_WAIT狀態，接着發送一個ACK給Server，確認序號為收到序號+1，Server進入CLOSED狀態，完成四次揮手。
為什么建立連接是三次握手，而關閉連接卻是四次揮手呢？
這是因為服務端在LISTEN狀態下，收到建立連接請求的SYN報文后，把ACK和SYN放在一個報文里發送給客戶端。而關閉連接時，當收到對方的FIN報文時，僅僅表示對方不再發送數據了但是還能接收數據，己方也未必全部數據都發送給對方了，所以己方可以立即close，也可以發送一些數據給對方后，再發送FIN報文給對方來表示同意現在關閉連接，因此，己方ACK和FIN一般都會分開發送。
為什么TIME_WAIT狀態需要經過2MSL(最大報文段生存時間)才能返回到CLOSE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、保證這次連接的重復數據段從網絡中消失
先說第一點，如果Client直接CLOSED了，那么由於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最后回復的ACK。那么Server就會在超時之后繼續發送FIN，此時由於Client已經CLOSED了，就找不到與重發的FIN對應的連接，最后Server就會收到RST而不是ACK，Server就會以為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，最后正確的關閉連接。
再說第二點，如果Client直接CLOSED，然后又再向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么問題，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后才到達Server，由於新連接和老連接的端口號是一樣的，又因為TCP協議判斷不同連接的依據是socket pair，於是，TCP協議就認為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。
【什么是2MSL】
MSL是Maximum Segment Lifetime英文的縮寫，中文可以譯為“報文最大生存時間”，他是任何報文在網絡上存在的最長時間，超過這個時間報文將被丟棄。因為tcp報文（segment）是ip數據報（datagram）的數據部分，具體稱謂請參見《數據在網絡各層中的稱呼》一文，而ip頭中有一個TTL域，TTL是time to live的縮寫，中文可以譯為“生存時間”，這個生存時間是由源主機設置初始值但不是存的具體時間，而是存儲了一個ip數據報可以經過的最大路由數，每經過一個處理他的路由器此值就減1，當此值為0則數據報將被丟棄，同時發送ICMP報文通知源主機。RFC 793中規定MSL為2分鍾，實際應用中常用的是30秒，1分鍾和2分鍾等。
2MSL即兩倍的MSL，TCP的TIME_WAIT狀態也稱為2MSL等待狀態，當TCP的一端發起主動關閉，在發出最后一個ACK包后，即第3次握手完成后發送了第四次握手的ACK包后就進入了TIME_WAIT狀態，必須在此狀態上停留兩倍的MSL時間，等待2MSL時間主要目的是怕最后一個ACK包對方沒收到，那么對方在超時后將重發第三次握手的FIN包，主動關閉端接到重發的FIN包后可以再發一個ACK應答包。在TIME_WAIT狀態時兩端的端口不能使用，要等到2MSL時間結束才可繼續使用。當連接處於2MSL等待階段時任何遲到的報文段都將被丟棄。不過在實際應用中可以通過設置SO_REUSEADDR選項達到不必等待2MSL時間結束再使用此端口。
七，tcp總結
1，tcp與udp的區別？
tcp：面向連接 ，基於字節流，保證數據順序和正確性
udp: 面向無連接的，結構簡單，基於數據包，可能丟失數據，不能保證順序
2，tcp為什么能保證數據正確性？
通過tcp協議傳輸數據無差錯，不重復，不丟失且按順序到達
tcp報文中的序號能夠讓數據按序到達
報文確認序號保證不丟包，累計確認及超時重傳機制
tcp擁有流量控制及擁塞控制的機制
八，為什么是三次握手而不是兩次握手？
這主要是為了防止已失效的請求連接報文忽然又傳送到了，從而產生錯誤。
假定A向B發送一個連接請求，由於一些原因，導致A發出的連接請求在一個網絡節點逗留了比較多的時間。此時A會將此連接請求作為無效處理 又重新向B發起了一次新的連接請求，B正常收到此連接請求后建立了連接，數據傳輸完成后釋放了連接。如果此時A發出的第一次請求又到達了B，B會以為A又發起了一次連接請求，如果是兩次握手：此時連接就建立了，B會一直等待A發送數據，從而白白浪費B的資源。 如果是三次握手：由於A沒有發起連接請求，也就不會理會B的連接響應，B沒有收到A的確認連接，就會關閉掉本次連接。
參考鏈接：
https://www.cnblogs.com/buxiangxin/p/8336022.html
https://www.cnblogs.com/duanwandao/p/9941411.html
https://blog.csdn.net/libaineu2004/article/details/85374765
https://blog.csdn.net/zxx2096/article/details/80286577
udp協議https://www.cnblogs.com/kobe24vs23/p/11218217.html