TCP
TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是 TCP/IP 协议栈中的核心协议之一，位于传输层，提供面向连接的、可靠的字节流服务。
基本特点
面向连接：在数据传输前，需要通过三次握手建立连接，数据传输结束后通过四次挥手释放连接。
可靠传输：通过序列号、确认应答、超时重传等机制保证数据可靠到达目的地。
字节流服务：TCP 将数据视为连续的字节流，而不是独立的数据报。
全双工通信：允许通信双方同时发送和接收数据。
NOTE
默认端口：http(80)、https(443)、ftp(21)、ssh(22)、telnet(23)、smtp(25)
三次握手
三次握手是 TCP 建立连接的过程，确保双方都能正常通信。
为什么需要三次握手?
三次握手的核心目标是通过双方的相互确认，建立一个可靠的连接，确保双方都能正常收发数据，并防止网络中的旧报文导致错误的连接建立。
- 通信能力的三层确认
两次握手无法完成对双方通信能力的全面确认。下表展示了不同阶段的确认情况：
| 握手阶段 | 客户端状态 | 服务器状态 | 已确认的能力 |
|---|---|---|---|
| 第一次后 | SYN_SENT | - | ✓ 客户端→服务器：发送能力；服务器→客户端：接收能力 |
| 第二次后 | 等待中 | SYN_RCVD | ✓ 再加上：服务器→客户端：发送能力；客户端→服务器：接收能力 |
| 两次握手的问题 | 客户端未确认 | 服务器不知道客户端是否真正收到 SYN+ACK | ❌ 缺少对客户端真实接收能力的确认 |
| 第三次后 | ESTABLISHED | ESTABLISHED | ✓ 完整确认：双方都已验证对方的收发能力 |
如果只有两次握手，服务器无法确认：客户端是否真的收到了自己的 SYN+ACK 报文。这会导致严重的问题。
- 防止失效的连接请求报文导致资源浪费
由于网络延迟或拥堵，客户端发送的旧 SYN 报文可能在网络中滞留，随后到达服务器。具体场景：
- 客户端发送 SYN 报文（seq=100），但网络延迟
- 客户端超时，重新建立新连接，发送新的 SYN（seq=200）
- 新连接建立并完成三次握手，开始传输数据
- 此时，旧的 SYN（seq=100）才到达服务器
- 服务器收到 SYN，如果只用两次握手，会直接回复 SYN+ACK
- 但客户端已经建立了新连接，不会响应这个 ACK
- 服务器被迫开启一个半开连接，占用资源，直到超时才释放
NOTE
三次握手的第三步解决了这个问题：
当服务器发送 SYN+ACK 后，等待客户端的 ACK。如果收不到 ACK（客户端根本没发这个 SYN），连接会因为超时而被服务器主动关闭，不会浪费资源。
- 连接建立的原子性和状态一致性
三次握手确保了连接建立的完整性：
- 第一次握手：客户端从 CLOSED → SYN_SENT，发出建立连接的意图
- 第二次握手：服务器从 LISTEN → SYN_RCVD，表示同意建立，并告知自己的初始序列号
- 第三次握手：
- 客户端从 SYN_SENT → ESTABLISHED（连接就绪，可发送数据）
- 服务器从 SYN_RCVD → ESTABLISHED（连接就绪，可发送数据）
- 双方同时进入就绪状态
只有三次握手完成后，双方才能开始交换数据。如果只有两次握手：
- 客户端在第二次握手后已进入 ESTABLISHED
- 但服务器仍在 SYN_RCVD 状态，还没真正确认客户端能接收数据
- 这种不对称的状态容易导致竞态条件和数据丢失
四次挥手
四次挥手是 TCP 释放连接的过程，确保数据完整传输。
挥手说明
- FIN：表示发送方不再发送数据
- TIME_WAIT：等待 2MSL（Maximum Segment Lifetime，最大报文存活时间），确保服务器收到最后的 ACK
- CLOSE_WAIT：服务器等待应用关闭连接
TCP 头部结构
TCP 头部最小为 20 字节，包含以下主要字段：
字段说明
| 字段 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|
| 源端口 | 16 位 | 发送方端口号 |
| 目标端口 | 16 位 | 接收方端口号 |
| 序列号 | 32 位 | 标识数据的字节序号 |
| 确认号 | 32 位 | 期望收到的下一个字节序号 |
| 数据偏移 | 4 位 | TCP 头部长度 |
| 标志位 | 6 位 | URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN |
| 窗口大小 | 16 位 | 接收方窗口大小 |
| 校验和 | 16 位 | 头部和 |
| 数据校验 | ||
| 紧急指针 | 16 位 | 紧急数据位置 |
标志位说明
| 标志位 | 名称 | 说明 |
|---|---|---|
| SYN | 同步 | 用于建立连接 |
| ACK | 确认 | 确认应答有效 |
| FIN | 结束 | 关闭连接 |
| RST | 重置 | 复位连接 |
| PSH | 推送 | 立即推送数据 |
| URG | 紧急 | 紧急指针有效 |
常见状态
| 状态 | 说明 |
|---|---|
| LISTEN | 服务器监听连接 |
| SYN_SENT | 客户端已发送 SYN |
| SYN_RCVD | 服务器收到 SYN |
| ESTABLISHED | 连接已建立 |
| FIN_WAIT_1 | 主动关闭，已发送 FIN |
| FIN_WAIT_2 | 等待对方 FIN |
| CLOSE_WAIT | 被动关闭，等待关闭 |
| TIME_WAIT | 等待最后 ACK |
| CLOSED | 连接已关闭 |