一、TCP协议简介
TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能，用户数据报协议（UDP）是同一层内另一个重要的传输协议。TCP是一个超级麻烦的协议，而它又是互联网的基础，也是每个程序员必备的基本功。
二、TCP首部格式
下面是TCP首部详图:
需要注意的是TCP的包是没有IP地址的，那是网络层上的事。但是有源端口和目标端口。
由于它太重要了，是理解其它内容的基础，下面就将每个字段的信息都详细的说明一下。
Source Port和Destination Port:分别占用16位，表示源端口号和目的端口号;用于区别主机中的不同进程， 而IP地址是用来区分不同的主机的，源端口号和目的端口号配合上IP首部中的源IP地址和目的IP地址就能唯一 的确定一个TCP连接;
Sequence Number:用来标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的的第一个数据 字节在数据流中的序号;主要用来解决网络报乱序的问题;
Acknowledgment Number:32位确认序列号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号，因此，确认序号应 当是上次已成功收到数据字节序号加1。不过，只有当标志位中的ACK标志(下面介绍)为1时该确认序列号的字 段才有效。主要用来解决不丢包的问题;
Offset:给出首部中32 bit字的数目，需要这个值是因为任选字段的长度是可变的。这个字段占4bit(最多能 表示15个32bit的的字，即4*15=60个字节的首部长度)，因此TCP最多有60字节的首部。然而，没有任选字段， 正常的长度是20字节;
TCP Flags:TCP首部中有6个标志比特，它们中的多个可同时被设置为1，主要是用于操控TCP的状态机的，依次 为URG，ACK，PSH，RST，SYN，FIN。每个标志位的意思如下：
URG：此标志表示TCP包的紧急指针域(后面马上就要说到)有效，用来保证TCP连接不被中断，并且督促 中间层设备要尽快处理这些数据;
ACK：此标志表示应答域有效，就是说前面所说的TCP应答号将会包含在TCP数据包中;有两个取值：0和1， 为1的时候表示应答域有效，反之为0;
PSH：这个标志位表示Push操作。所谓Push操作就是指在数据包到达接收端以后，立即传送给应用程序， 而不是在缓冲区中排队;
RST：这个标志表示连接复位请求。用来复位那些产生错误的连接，也被用来拒绝错误和非法的数据包;
SYN：表示同步序号，用来建立连接。SYN标志位和ACK标志位搭配使用，当连接请求的时候，SYN=1， ACK=0;连接被响应的时候，SYN=1，ACK=1;这个标志的数据包经常被用来进行端口扫描。扫描者发送 一个只有SYN的数据包，如果对方主机响应了一个数据包回来 ，就表明这台主机存在这个端口;但是由于这 种扫描方式只是进行TCP三次握手的第一次握手，因此这种扫描的成功表示被扫描的机器不很安全，一台安全 的主机将会强制要求一个连接严格的进行TCP的三次握手;
FIN： 表示发送端已经达到数据末尾，也就是说双方的数据传送完成，没有数据可以传送了，发送FIN标志 位的TCP数据包后，连接将被断开。这个标志的数据包也经常被用于进行端口扫描。
Window:窗口大小，也就是有名的滑动窗口，用来进行流量控制。
三、TCP建立连接的三次握手
在TCP协议中,TCP协议提供可靠的连接服务，采用三次握手建立一个连接。
下面是三次握手的图解:
第一次握手：建立连接时,客户端发送SYN包(SYN=1,seq=x)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认；
第二次握手：服务器收到SYN包,必须确认客户的SYN，同时自己也发送一个SYN包即SYN+ACK(SYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x+1)包。此时服务器进入SYN_RECV状态；
第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包,向服务器发送确认包ACK(ACK=1，seq=x+1,ack=y+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手.
完成三次握手,客户端与服务器才开始正式通信。
为什么要三次握手?
既然总结了TCP的三次握手，那为什么非要三次呢?怎么觉得两次就可以完成了。那TCP为什么非要进行三次连接呢?在谢希仁的《计算机网络》中是这样说的：
为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误。在书中同时举了一个例子，如下：
"已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下：client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段，同意建立连接。假设不采用“三次握手”，那么只要server发出确认，新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬server的确认，也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待client发来数据。这样，server的很多资源就白白浪费掉了。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况，client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认，就知道client并没有要求建立连接。"
这就很明白了，为了防止了服务器端的一直等待而浪费资源。
四、TCP的四次挥手
当客户端和服务器数据传送完毕，此时需要断开TCP连接。对于TCP的断开连接，这里就有了神秘的“四次挥手”。
1.第一次挥手：client设置Sequence Number和Acknowledgment Number，向server发送一个FIN报文段;此时，client进入FIN_WAIT_1状态;这表示client没有数据要发送给server了。
2.第二次挥手：server收到了client发送的FIN报文段，向client回一个ACK报文段，Acknowledgment Number为Sequence Number加1;client进入FIN_WAIT_2状态;server告诉client，我也没有数据要发送了。
3.第三次挥手：server向client发送FIN报文段，请求关闭连接，同时server进入CLOSE_WAIT状态。
4.第四次挥手：client收到server发送的FIN报文段，向server发送ACK报文段，然后client进入TIME_WAIT状态;server收到client的ACK报文段以后，就关闭连接;此时，client等待2MSL后依然没有收到回复，则证明server端已正常关闭，client也可以关闭连接了。
为什么最后还要等待两个时间周期呢？
1、保证TCP协议的全双工连接能够可靠关闭
client的最后一个ACK报文在传输的时候丢失，server并没有接收到这个报文。这个候。server就会超时重传这个FIN消息，然后client就会重新返回最后一个ACK报文，等待两个时间周期，完成关闭。如果不等待这两个时间周期，server重传的那条消息就不会收到。server就因为接收不到client的信息而无法正常关闭。
2、保证这次连接的重复数据段从网络中消失
如果client直接CLOSED，然后又再向Server发起一个新连接，我们不能保证这个新连接与刚关闭的连接的端口号是不同的。也就是说有可能新连接和老连接的端口号是相同的。一般来说不会发生什么问题，但是还是有特殊情况出现：假设新连接和已经关闭的老连接端口号是一样的，如果前一次连接的某些数据仍然滞留在网络中，这些延迟数据在建立新连接之后才到达Server，由于新连接和老连接的端口号是一样的，于是，TCP协议就认为那个延迟的数据是属于新连接的，这样就和真正的新连接的数据包发生混淆了。所以TCP连接还要在TIME_WAIT状态等待2倍MSL，这样可以保证本次连接的所有数据都从网络中消失。
