一、TCP报文格式详解
以下是TCP协议报文格式：
TCP协议数据格式分成首部和数据部分，其中首部前20个字节是固定的，TCP建立连接的三次握手和断开连接的四次握手都是只发送固定20个字节，以下是对数据格式说明：
l 源端口（Source Port）：16位的源端口字段包含初始化通信的端口号。源端口和IP地址的作用是标识报文的返回地址。
l 目的端口(Destination Port)：16位的目的端口字段定义传输的目的。这个端口指明接收方计算机上的应用程序接口。
l 序列号（Sequence Number）：该字段用来标识TCP源端设备向目的端设备发送的字节流，它表示在这个报文段中的第几个数据字节。序列号是一个32位的数。
l 确认号（Acknowledge Number）：TCP使用32位的确认号字段标识期望收到的下一个段的第一个字节，并声明此前的所有数据已经正确无误地收到，因此，确认号应该是上次已成功收到的数据字节序列号加1。收到确认号的源计算机会知道特定的段已经被收到。确认号的字段只在ACK标志被设置时才有效。
l 数据偏移（Data Offset）：这个4位字段包括TCP头大小。由于首部可能含有选项内容，因此TCP首部的长度是不确定的。首部长度的单位是32比特或4个八位组。首部长度实际上也指示了数据区在报文段中的起始偏移值。
l 保留（Reserved）：6位置0的字段。为将来定义新的用途保留。、
l 控制位(Control Bits)：共6位，每一位标志可以打开一个控制功能。
URG(Urgent Pointer Field Significant,紧急指针字段标志)：表示TCP包的紧急指针字段有效，用来保证TCP连接不被中断，并且督促中间齐备尽快处理这些数据。
ACK（Acknowledgement field significant,确认字段标志）： 取1时表示应答字段有效，也即TCP应答号将包含在TCP段中，为0则反之。
PSH(Push Function,推功能)：这个标志表示Push操作。所谓Push操作就是指在数据包到达接收端以后，立即送给应用程序，而不是在缓冲区中排队。
RST（Reset the connection,重置连接）：这个标志表示感谢连接复位请求，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（Synchronize sequence numbers,同步序列号）：表示同步序号，用来建立连接。
FIN（No more data from sender）：表示发送端已经发送到数据末尾，数据传送完成，发送FIN标志位的TCP段，连接将被断开。
l 窗口（Window）：目的主机使用16位的窗口字段告诉源主机它期望每次收到的数据通的字节数。
l 校验和（Checksum）：TCP头包括16位的校验和字段用于错误检查。源主机基于部分IP头信息，TCP头和数据内容计算一个校验和，目的主机也要进行相同的计算，如果收到的内容没有错误过，两个计算应该完全一样，从而证明数据的有效性。
l 紧急指针（Urgent Pointer）：紧急指针字段是一个可选的16位指针，指向段内的最后一个字节位置，这个字段只在URG标志被设置时才有效。
l 选项（Option）：至少1字节的可变长字段，标识哪个选项（如果有的话）有效。如果没有选项，这个字节等于0,说明选项的结束。这个字节等于1表示无需再有操作；等于2表示下四个字节包括源机器的最大长度（Maximum Segment Size,MSS）.
l 填充（Padding）：这个字段中加入额外的零，以保证TCP头是32的整数倍。
在封装TCP传输层的协议后，在数据交给IP网络层协议继续封装，如图：
二、TCP建立连接时的三次握手、断开连接的四次握手和数据传输
1.三次握手过程
第一次握手：客户端发送SYN=1（用来建立连接标识，在TCP数据格式的首部）,ACK=0（取1时表示应答字段有效，一般都为0不是表示应答）,seq=x（在TCP数据格式的首部的序列化）给服务器，请求建立连接，等待服务器回应。
第二次握手：服务端发送SYN=1,ACK=1,seq=y（服务器的序列号）,ack=x+1（确认号是期望收到对方下次发送的数据的第一个字节的序号）给客户端，表示可以建立连接，并且等待客户端回应。
第三次握手：客户端发送ACK=1,seq=x+1,ack=y+1给服务端，则此连接成功
然后连接建立，为什么要进行三次握手呢（两次确认）。
2.四次握手过程
下面是释放连接的过程：
当客户A 没有东西要发送时就要释放 A 这边的连接，A会发送一个报文（没有数据），其中 FIN 设置为1, 服务器B收到后会给应用程序一个信，这时A那边的连接已经关闭，即A不再发送信息（但仍可接收信息）。 A收到B的确认后进入等待状态，等待B请求释放连接， B数据发送完成后就向A请求连接释放，也是用FIN=1 表示， 并且用 ack = u+1(如图）， A收到后回复一个确认信息，并进入 TIME_WAIT 状态， 等待 2MSL 时间。
为什么要等待呢？
为了这种情况： B向A发送 FIN = 1 的释放连接请求，但这个报文丢失了， A没有接到不会发送确认信息， B 超时会重传，这时A在 WAIT_TIME 还能够接收到这个请求，这时再回复一个确认就行了。（A收到 FIN = 1 的请求后 WAIT_TIME会重新记时）
另外服务器B存在一个保活状态，即如果A突然故障死机了，那B那边的连接资源什么时候能释放呢？ 就是保活时间到了后，B会发送探测信息， 以决定是否释放连接。
以下是各个状态的说明：
CLOSED： 这个没什么好说的了，表示初始状态。
LISTEN:：这个也是非常容易理解的一个状态，表示服务器端的某个 SOCKET 处于监听状态，可以接收连接了。
SYN_RCVD： 这个状态表示接收到了 SYN 报文，在正常情况下，这个状态是服务器端的SOCKET 在建立 TCP 连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态，很短暂，基本上用 netstat 你是很难看到这种状态的，除非你特意写了一个客户端测试程序，故意将三次 TCP 握手过程中最后一个 ACK 报文不予发送。因此这种状态时，当收到客户端的 ACK 报文后，它会进入到 ESTABLISHED 状态。
SYN_SENT： 这个状态与 SYN_RCVD 相呼应，当客户端 SOCKET 执行 CONNECT 连接时，它首先发送 SYN 报文，因此也随即它会进入到了 SYN_SENT 状态，并等待服务端的发送三次握手中的第 2 个报文。SYN_SENT 状态表示客户端已发送 SYN 报文。
ESTABLISHED：这个容易理解了，表示连接已经建立了。
FIN_WAIT_1:：这个状态要好好解释一下，其实 FIN_WAIT_1 和 FIN_WAIT_2 状态的真正含义都是表示等待对方的 FIN 报文。而这两种状态的区别是：FIN_WAIT_1 状态实际上是当 SOCKET 在 ESTABLISHED 状态时，它想主动关闭连接，向对方发送了 FIN 报文，此时该 SOCKET 即进入到 FIN_WAIT_1 状态。而当对方回应 ACK 报文后，则进入到 FIN_WAIT_2 状态，当然在实际的正常情况下，无论对方何种情况下，都应该马 上回应 ACK 报文，所以 FIN_WAIT_1 状态一般是比较难见到的，而 FIN_WAIT_2 状态还有时常常可以用 netstat 看到。
FIN_WAIT_2：上面已经详细解释了这种状态，实际上 FIN_WAIT_2 状态下的 SOCKET，表示半连接，也即有一方要求 close 连接，但另外还告诉对方，我暂时还有点数据需要传送给你，稍后再关闭连接。
TIME_WAIT：表示收到了对方的 FIN 报文，并发送出了 ACK 报文，就等 2MSL 后即可回到 CLOSED 可用状态了。如果 FIN_WAIT_1 状态下，收到了对方同时带 FIN 标志和ACK 标志的报文时，可以直接进入到 TIME_WAIT 状态，而无须经过 FIN_WAIT_2 状态。
CLOSING(图中没有标志这种状态):：这种状态比较特殊，实际情况中应该是很少见，属于一种比较罕见的例外状态。正常情况下，当你发送 FIN 报文后，按理来说是应该先收到（或同时收到）对方的 ACK 报文，再收到对方的 FIN 报文。但是 CLOSING 状态表示你发送 FIN 报文后，并没有收到对方的 ACK 报文，反而却也收到了对方的 FIN 报文。什么情况下会出现此种情况呢？其实细想一下，也不难得出结论：那就是如果双方几乎在同时close一个 SOCKET 的话，那么就出现了双方同时发送 FIN 报文的情况，也即会出现 CLOSING 状态，表示双方都正在关闭 SOCKET 连接。
CLOSE_WAIT:：这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢？当对方 close 一个 SOCKET 后发送 FIN 报文给自己，你系统毫无疑问地会回应一个 ACK 报文给对方，此时则进入到 CLOSE_WAIT 状态。接下来呢，实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方，如果没有的话，那么你也就可以 close 这个 SOCKET，发送 FIN 报文给对方，也即关闭连接。所以你在 CLOSE_WAIT 状态下，需要完成的事情是等待你去关闭连接。
LAST_ACK：这个状态还是比较容易好理解的，它是被动关闭一方在发送 FIN 报文后，最后等待对方的 ACK 报文。当收到 ACK 报文后，也即可以进入到 CLOSED 可用状态了。
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