一、TCP報文格式
TCP報文格式圖：
上圖中有幾個字段介紹下：
（1）序號：Seq序號，占32位，用來標識從TCP源端向目的端發送的字節流，發起方發送數據時對此進行標記。
（2）確認序號：Ack序號，占32位，只有ACK標志位為1時，確認序號字段才有效，Ack=Seq+1。
（3）標志位：共6個，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具體含義如下：
（A）URG：緊急指針（urgent pointer）有效。
（B）ACK：確認序號有效。
（C）PSH：接收方應該盡快將這個報文交給應用層。
（D）RST：重置連接。
（E）SYN：發起一個新連接。
（F）FIN：釋放一個連接。
二、三次握手的機制與過程
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：
假設 client 的連接請求延遲，client 就會發出第二次連接請求，server 端回復后則建立了連接，進行通信。等到通信結束，連接關閉，此時有可能第一次的連接請求才到 server 端，那么此時server 回復報文之后，就認為連接已建立，但在 client 端看來， 根本沒有發起連接請求（連接建立重試后，已完成通信並關閉連接），所以會忽略 server 端的報文，也不會向這個鏈接發送數據。此時對於 server 端來說，就會因為維護這個鏈接而導致資源浪費。
三次握手的詳細過程如下：
（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。
關於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
整個TCP狀態圖示意如下：
三、 Linux中TCP握手過程實現
在Linux應用編程如果設置為非阻塞模式，則連接時，connect發送SYN包后立即返回-EINPROGRESS，表示操作正在處理中；隨后應用可以在connect返回后做一些其它的處理，最后在select函數中來捕獲socket的連接、讀寫、異常事件以觸發相關操作，下面我們看看內核中的相關實現：
一、客戶端支持
client發送2個包，一個SYN包，一個對服務器的響應ACK包。
client函數調用鏈：connect-->sys_connect->inet_stream_connect->tcp_connect...
看inet_stream_connect中實現的部分代碼段：
switch (sock->state) { ... /*此處調用tcp_connect函數發送SYN包*/ err = sk->prot->connect(sk, uaddr, addr_len); if (err < 0) //出錯則退出 goto out; sock->state = SS_CONNECTING; /* 此處僅設置socket的狀態為SS_CONNECTING表示連接狀態正在處理; * 不同之處在於非阻塞情況下，返回值設置為-EINPROGRESS表示操作正在處理 * 而阻塞式情況則在獲得ACK包后將返回值置為-EALREADY. */ err = -EINPROGRESS; break; } timeo = sock_sndtimeo(sk, flags&O_NONBLOCK); //注意，如果此時設置了非阻塞選項，則timeo返回0 //如果socket對應的sock狀態是SYN包已發送或收到SYN包並發送了ACK包，並等待對端發送第三此的ACK包 if ((1<<sk->state)&(TCPF_SYN_SENT|TCPF_SYN_RECV)) { /* 錯誤返回碼err前面已經設置 */ if (!timeo || !inet_wait_for_connect(sk, timeo)) /*注意上面所判斷的2中情況，1、如果是非阻塞模式，則!timeo為1，則直接跳到out返回-EINPROGRESS結束connect函數 2、若為阻塞模式，則在inet_wait_for_connect函數中通過schedule_timeout函數放棄cpu控制權睡眠，等待服務器端 發送ACK響應包后被喚醒繼續處理。如果沒有異常出現，則置socket狀態為SS_CONNECTED，表示連接成功，正確返回 */ goto out; err = sock_intr_errno(timeo); if (signal_pending(current)) /*處理未決信號*/ goto out; } ... sock->state = SS_CONNECTED; err = 0; out: release_sock(sk); return err;
上面的描述有一個問題：對服務器的響應ACK包是什么時候發送的？對於非阻塞模式，應該是應用處理過程中的某個異步時間；對於阻塞模式，則是在inet_wait_for_connect函數中睡眠時處理。即網卡在收到對方的ack包后，上傳給對應的socket時發送服務器的響應ACK包，函數調用鏈為：netif_rx-->net_rx_action-->...(IP層處理)-->tcp_v4_rcv-->tcp_v4_do_rcv-->tcp_rcv_state_process-->tcp_rcv_synsent_state_process-->tcp_send_synack-->tcp_transmit_skb...
發送SYN包后，socket對應的sock的狀態變成TCPF_SYN_SENT，網卡收到服務器的ack傳到tcp層時，根據TCPF_SYN_SENT狀態，做相關判斷后再發送用於第三次握手的ack包。至此，將socket的狀態改為連接建立，即TCP_ESTABLISHED。 具體的代碼大家可以根據我提供的函數調用鏈查看。
注意，以TCPF_前綴開頭的狀態都表示是中間狀態，而已TCP_為前綴的狀態才是socket的一個相對穩定的狀態。
二、服務器端支持
服務器端此時必須是監聽狀態，則其函數調用鏈為：
netif_rx-->net_rx_action-->...(IP層處理)-->tcp_v4_rcv-->tcp_v4_do_rcv-->
tcp_rcv_state_process-->tcp_v4_conn_request-->tcp_v4_send_synack...
在tcp_v4_conn_request,中部分代碼如下：
case TCP_LISTEN: if(th->ack) /*監聽時收到的ack包都丟棄？*/ return 1; if(th->syn) {/*如果是SYN包,則調用tcp_v4_conn_request*/ if(tp->af_specific->conn_request(sk, skb) < 0) return 1; ...