TCP
传输控制协议（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。在计算机领域这是一个非常重要的协议，基于传输层 TCP 协议的应用层程序有许多：FTP、HTTP1/2等。TCP 创建时需要经过三次握手才能成功建立连接，关闭连接的也需要经过四次挥手才能彻底拆除连接。正是因为复杂的传输协议才为 FTP 提供的可靠性，同时面试官往往也喜欢问这种问题。
三次握手
- 客户端发送SYN（SEQ=x）报文给服务器端，进入SYN_SEND状态。
- 服务器端收到SYN报文，回应一个SYN （SEQ=y）ACK（ACK=x+1）报文，进入SYN_RECV状态。
- 客户端收到服务器端的SYN报文，回应一个ACK（ACK=y+1）报文，进入Established状态。
为什么需要三次握手，两次不可以吗？
第一次握手：客户端发送网络包，服务端收到了。
这样服务端就能得出结论：客户端的发送能力、服务端的接收能力是正常的。
第二次握手：服务端发包，客户端收到了。
这样客户端就能得出结论：服务端的接收、发送能力，客户端的接收、发送能力是正常的。不过此时服务器并不能确认客户端的接收能力是否正常。
第三次握手：客户端发包，服务端收到了。
这样服务端就能得出结论：客户端的接收、发送能力正常，服务器自己的发送、接收能力也正常。
因此，需要三次握手才能确认双方的接收与发送能力是否正常。
(ISN)是固定的吗？
三次握手的一个重要功能是客户端和服务端交换 ISN(Initial Sequence Number)，以便让对方知道接下来接收数据的时候如何按序列号组装数据。
如果 ISN 是固定的，攻击者很容易猜出后续的确认号，因此 ISN 是动态生成的。
什么是半连接队列？
服务器第一次收到客户端的 SYN 之后，就会处于 SYN_RCVD 状态，此时双方还没有完全建立其连接，服务器会把此种状态下请求连接放在一个队列里，我们把这种队列称之为半连接队列。
当然还有一个全连接队列，就是已经完成三次握手，建立起连接的就会放在全连接队列中。如果队列满了就有可能会出现丢包现象。
这里在补充一点关于SYN-ACK 重传次数的问题：
服务器发送完SYN-ACK包，如果未收到客户确认包，服务器进行首次重传，等待一段时间仍未收到客户确认包，进行第二次重传。如果重传次数超过系统规定的最大重传次数，系统将该连接信息从半连接队列中删除。
注意，每次重传等待的时间不一定相同，一般会是指数增长，例如间隔时间为 1s，2s，4s，8s......
三次握手过程中可以携带数据吗？
很多人可能会认为三次握手都不能携带数据，其实第三次握手的时候，是可以携带数据的。
也就是说，第一次、第二次握手不可以携带数据，而第三次握手是可以携带数据的。
为什么这样呢?大家可以想一个问题，假如第一次握手可以携带数据的话，如果有人要恶意攻击服务器，那他每次都在第一次握手中的 SYN 报文中放入大量的数据。
因为攻击者根本就不理服务器的接收、发送能力是否正常，然后疯狂着重复发 SYN 报文的话，这会让服务器花费很多时间、内存空间来接收这些报文。
也就是说，第一次握手可以放数据的话，其中一个简单的原因就是会让服务器更加容易受到攻击了。
而对于第三次的话，此时客户端已经处于 established 状态，也就是说，对于客户端来说，他已经建立起连接了，并且也已经知道服务器的接收、发送能力是正常的了，所以能携带数据页没啥毛病。
四次挥手
- 某个应用进程首先调用close，称该端执行“主动关闭”（active close）。该端的TCP于是发送一个FIN分节，表示数据发送完毕。
- 接收到这个FIN的对端执行 “被动关闭”（passive close），这个FIN由TCP确认。
- 一段时间后，接收到这个文件结束符的应用进程将调用close关闭它的套接字。这导致它的TCP也发送一个FIN。
- 接收这个最终FIN的原发送端TCP（即执行主动关闭的那一端）确认这个FIN。
刚开始双方都处于 establised 状态，假如是客户端先发起关闭请求，则：
第一次挥手：客户端发送一个 FIN 报文，报文中会指定一个序列号。此时客户端处于 FIN_WAIT1 状态。
第二次挥手：服务端收到 FIN 之后，会发送 ACK 报文，且把客户端的序列号值 +1 作为 ACK 报文的序列号值，表明已经收到客户端的报文了，此时服务端处于 CLOSE_WAIT 状态。
第三次挥手：如果服务端也想断开连接了，和客户端的第一次挥手一样，发给 FIN 报文，且指定一个序列号。此时服务端处于 LAST_ACK 的状态。
第四次挥手：客户端收到 FIN 之后，一样发送一个 ACK 报文作为应答，且把服务端的序列号值 +1 作为自己 ACK 报文的序列号值，此时客户端处于 TIME_WAIT 状态。
需要过一阵子以确保服务端收到自己的 ACK 报文之后才会进入 CLOSED 状态
服务端收到 ACK 报文之后，就处于关闭连接了，处于 CLOSED 状态。
这里特别需要注意的就是 TIME_WAIT 这个状态了，这个是面试的高频考点，就是要理解，为什么客户端发送 ACK 之后不直接关闭，而是要等一阵子才关闭。
这其中的原因就是，要确保服务器是否已经收到了我们的 ACK 报文，如果没有收到的话，服务器会重新发 FIN 报文给客户端，客户端再次收到 ACK 报文之后，就知道之前的 ACK 报文丢失了，然后再次发送 ACK 报文。
至于 TIME_WAIT 持续的时间至少是一个报文的来回时间。一般会设置一个计时，如果过了这个计时没有再次收到 FIN 报文，则代表对方成功，就是 ACK 报文，此时处于 CLOSED 状态。
状态解释：
LISTEN：侦听来自远方 TCP 端口的连接请求。
SYN-SENT：在发送连接请求后等待匹配的连接请求。
SYN-RECEIVED：在收到和发送一个连接请求后等待对连接请求的确认。
ESTABLISHED：代表一个打开的连接，数据可以传送给用户。
FIN-WAIT-1：等待远程 TCP 的连接中断请求，或先前的连接中断请求的确认。
FIN-WAIT-2：从远程 TCP 等待连接中断请求。
CLOSE-WAIT：等待从本地用户发来的连接中断请求。
CLOSING：等待远程 TCP 对连接中断的确认。
LAST-ACK：等待原来发向远程 TCP 的连接中断请求的确认。
TIME-WAIT：等待足够的时间以确保远程 TCP 接收到连接中断请求的确认。
CLOSED：没有任何连接状态。
参考文献：
