一、TCP协议简述
TCP提供面向有连接的通信传输。面向有连接是指在传输数据之前必须先建立连接，数据传输完成之后要释放连接。
在TCP/IP协议中，TCP协议提供的是可靠的连接服务，连接是通过3次握手进行初始化的。
TCP是全双工模式，在关闭连接时需要进行4次挥手。
二、TCP报文的格式
1、TCP报文格式
1.1、在TCP报头中的源端口号和目的端口号以及IP数据报中的源IP和目的IP可用于唯一的确定一条TCP连接；
1.2、32位序号seq（4字节 = 32位，Sequence number）：用于标识TCP发端向TCP收端发送的数据字节流，通过该序列来确认发送的数据是否有序；
1.3、32位确认序号ack（4字节 = 32位）：用于对上一次seq序号做出确认，用于响应TCP的报文段，给收到的TCP报文段的seq加1；
1.4、TCP的标志位
| SYN(1位) | 同步标志位，用于请求建立会话连接 |
| ACK(1位) | 确认标志位，对已接收的数据包进行确认 |
| FIN(1位) | 完成标志位，表示已没有数据可发送，即将关闭连接 |
三、TCP三次握手
1、(客户端：我要建立连接)首先由Client发送连接请求(SYN包)，即SYN=1，seq=x(随机数)，Client进入SYN_SENT(同步已发送)状态，等待Server的确认；
2、(服务端：你的请求以获知，可以建立连接)Server收到SYN包后进行回复确认，即SYN=1，ack=x+1，ACK=1，seq=y(随机数)，此时Server进入SYN_RCVD(同步收到)状态； -- 此时服务端无法确定客户端是否可以收到自己的回复，因此还需要进行一次招手动作
3、(客户端：进行连接)Client收到Server回复的数据，再进行一次确认，向Server发送ACK确认包，即ACK=1，ack=y+1，seq=x+1。此包发送完毕，Client和Server进入ESTABLISHED(TCP连接成功)状态。
四、TCP四次挥手
1、(客户端：我数据已传输完，需要下线了)Client发出连接释放报文，即FIN=1,seq=u(之前已传数据的最后一个字节的序号加1)，并停止发送数据，Client进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态；
2、(服务器：知道了，我还有点数据，需要你等一段时间)Server收到连接释放报文，发出确定报文，即ACK=1,ack=u+1,seq=v，Server进入CLOSE-WAIT(关闭等待)状态，Client收到Server回复后，进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态。此时是半关闭状态，即Client不再发送，但是Server若发送数据，Client依然要接收；
3、(服务器：我数据已发送完，你可以下线了)Server将最后的数据发送完毕，向Client发送连接释放报文，即FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u+1，Server进入LAST-ACK（最后确认）状态，等待Client的确认；
4、(客户端：好的)Client收到Server的连接释放报文，必须发出确认报文，即ACK=1,ack=w+1,seq=u+1，Client进入TIME-WAIT(时间等待)状态。但是Client连接没有释放，必须经过2MSL的时间之后，才进入CLOSED状态。Server收到Client的确认报文，立即进入CLOSED状态。Server结束TCP连接的时间要比Client早一些。
五、面试相关
- TCP/IP 协议是传输层的一个面向连接的安全可靠的一个传输协议；
- 三次握手的机制是为了保证能建立一个安全可靠的连接，那么第一次握手是由客户端发起，客户端会向服务端发送一个报文，在报文里面：SYN标志位置为1，表示发起新的连接。当服务端收到这个报文之后就知道客户端要和我建立一个新的连接，于是服务端就向客户端发送一个确认消息包，在这个消息包里面：ACK标志位置为1，表示确认客户端发起的第一次连接请求。以上两次握手之后，对于客户端而言：已经明确了我既能给服务端成功发消息，也能成功收到服务端的响应。但是对于服务端而言：两次握手是不够的，因为到目前为止，服务端只知道一件事，客户端发给我的消息我能收到，但是我响应给客户端的消息，客户端能不能收到我是不知道的。所以，还需要进行第三次握手，第三次握手就是当客户端收到服务端发送的确认响应报文之后，还要继续去给服务端进行回应，也是一个ACK标志位置1的确认消息。通过以上三次连接，不管是客户端还是服务端，都知道我既能给对方发送消息，也能收到对方的响应。那么，这个连接就被安全的建立了；
- 四次挥手机制也是由客户端首先发起的，客户端会发送一个报文，在报文里面：FIN标志位置1。当服务端收到这个报文之后，就知道了客户端想要和我断开连接。但是此时服务端不一定能做好准备，因为客户端发起断开连接的消息的时候，对于服务端而言，它极可能有未发送完的消息，它还要继续发送。所以此时对于服务端只能进行一个消息确认，就是告诉客户端我知道你要跟我断开连接了，但是我还没有做好准备，你需要等我一会。稍过片刻，服务端会继续发送一个断开连接的报文，FIN标志位置1。这个报文表示服务端已经做好了要断开连接的准备。客户端收到后继续发送一个消息确认的报文。通过以上四次连接，不管是客户端还是服务端，都已经做好了要断开连接的准备，连接就可以被断开了。
六、扩展问法
1、为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？
答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。
2、如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？
答：TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。
【参考资料】
1.https://www.cnblogs.com/yuanqiu/p/14674764.html
2.https://www.bilibili.com/video/BV1bi4y1x7m5?from=search&seid=9748668031772048075