TCP是什么?
TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议)是一种面向连接(连接导向)的、可靠的、 基于IP的传输层协议。TCP在IP报文的协议号是6。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。首先来看看OSI的七层模型。
OSI的七层模型
我们需要知道TCP工作在网络OSI的七层模型中的第四层——Transport层，IP在第三层——Network层，ARP 在第二层——Data Link层;在第二层上的数据，我们把它叫Frame，在第三层上的数据叫Packet，第四层的数 据叫Segment。 同时，我们需要简单的知道，数据从应用层发下来，会在每一层都会加上头部信息，进行 封装，然后再发送到数据接收端。这个基本的流程你需要知道，就是每个数据都会经过数据的封装和解封 装的过程。
在OSI七层模型中，每一层的作用和对应的协议如下：
TCP的特点有：
- TCP是面向连接的运输层协议
- 每一条TCP连接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点的
- TCP提供可靠交付的服务
- TCP提供全双工通信。数据在两个方向上独立的进行传输。因此，连接的每一端必须保持每个方向上的传输数据序号。
- 面向字节流。面向字节流的含义：虽然应用程序和TCP交互是一次一个数据块，但TCP把应用程序交下来的数据仅仅是一连串的无结构的字节流。
TCP/IP 模型与OSI模型对比
TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)作为Internet的核心协议。它是个协议族，包含多种协议。
分层的基本想法是每一层都在它的下层提供的服务基础上提供更高级的增值服务，而最高层提供能运行分布式应用程序的服务。
发送请求的过程是从最顶层（应用层）出发，每一层负责封装属于自己的信息到请求中，最后将一整个请求发送给对方。
接收请求的过程是从最底层（网络接口层）开始，每一层的协议负责解析属于自己的东西，比如网际层（IP）处理ip信息，传输层（TCP）处理点对点的端口，应用层（HTTP）处理Request或Response的Line\Header\Body。
TCP头格式
（1） Source Port（源端口号）：数据发起者的端口号，16bit。
（2） Destination Port（目的端口号）：数据接收者的端口号，16bit。
（3） Sequence Number（顺序号码，Seq）：用于在数据通信中解决网络包乱序（reordering）问题，以保证应用层接收到的数据不会因为网络上的传输问题而乱序（TCP会用这个顺序号码来拼接数据），32bit。
（4） Acknowledgment Number（确认号码，ack）：是数据接收方期望收到发送方在下一个报文段的顺序号码（Seq），因此确认号码应当是上次已成功收到顺序号码（Seq）加1，32bit。
（5） Offset（TCP报文头长度)：用于存储报文头中有多少个32bit(上图的一行)，存储长度为4bit，最大可表示（2^3+2^2+2^1+1）*32bit=60bytes的报文头。最小取值5，5*32bit=20bytes。
（6） Reserved（保留）：6bit, 均为0
（7） TCP Flags（TCP标志位）每个长度均为1bit
CWR：压缩，TCP Flags值0x80。
ECE：拥塞，0x40。
URG：紧急，0x20。当URG=1时，表示报文段中有紧急数据，应尽快传送。
ACK：确认，0x10。当ACK = 1时，代表这是一个确认的TCP包，取值0则不是确认包。
PSH：推送，0x08。当发送端PSH=1时，接收端尽快的交付给应用进程。
RST：复位，0x04。当RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，再重新建立连接。
SYN：同步，0x02。在建立连接是用来同步序号。SYN=1， ACK=0表示一个连接请求报文段。SYN=1，ACK=1表示同意建立连接。
FIN：终止，0x01。当FIN=1时，表明此报文段的发送端的数据已经发送完毕，并要求释放传输连接。
（8） 窗口：用来控制对方发送的数据量，通知发放已确定的发送窗口上限。
（9） 检验和：该字段检验的范围包括头部和数据这两部分。由发端计算和存储，并由收端进行验证。
（10） 紧急指针：紧急指针在URG=1时才有效，它指出本报文段中的紧急数据的字节数。
（11） TCP选项：长度可变，最长可达40字节
备注：ISN（Inital Sequence Number）：初始化Sequence Number，发生在建立连接时。
TCP协议中的三次握手和四次挥手
特别注意
Seq：是发送方当前报文的顺序号码。
ack：是发送方期望对方在下次返回报文中给回的Seq。
建立连接需要三次握手
第一次：建立连接时，客户端发送SYN包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；
第二次：服务器收到SYN包，向客户端返回ACK（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RCVD状态；
第三次：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+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，客户端与服务器开始传送数据，也就是ESTABLISHED状态。
三次握手保证了不会建立无效的连接，从而浪费资源。
断开连接需要四次挥手
第一次： TCP客户端发送一个FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送。
第二次：服务器收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。
第三次：服务器关闭客户端的连接，发送一个FIN给客户端。
第四次：客户端发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1。
四次挥手过程中的状态变化：
FIN_WAIT_1：当主动关闭连接的一方发送FIN，但没有接收到对象返回的ACK，会进入这个状态
FIN_WAIT_2：当主动关闭连接的一方发送FIN，接收到对象返回的ACK，会进入这个状态
CLOSE_WAIT：等待关闭，当接收到对方发送给自己的FIN以后，检查自己是否还有数据发送给对方，需要完成的事情是等待你去关闭连接。(被动方)
LAST_ACK:：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。(被动方)
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。
CLOSED：表示连接中断。
为什么要三次握手而四次回收
之所以绝大数时候我们看到的都是四次挥手，是因为收到fin后，知道对方要关闭了，然后OS通知应用层要关闭啥的，这里应用层可能需要做些准备工作，有一些延时，所以先回ack，准备好了再发fin 。 握手过程没有这个准备过程所以可以立即发送syn+ack。
重传机制：
TCP协议要求在发送端每发送一个报文段，就启动一个定时器并等待确认信息；接收端成功接收新数据后返回确认信息。若在定时器超时前数据未能被确认，TCP就认为报文段中的数据已丢失或损坏，需要对报文段中的数据重新组织和重传。重传一定量次数以后如果依然失败，会结束连接。
2MSL等待状态（两个作用）
MSL：报文的最大存活时间
第一个作用：当TCP执行一个主动关闭，并发回最后一个ACK，该链接必须在TIME_WAIT状态停留的时间为2MSL。这样可让TCP有机会在此发送最后一个ACK以防这个ACK丢失
第二个作用：这是说在2MSL时间内，虽然可以重新启动服务器，但是这个服务器还是要平静等待MSL时间才能进行下一次连接，这样可以避免端口冲突
半开状态：
一方已经关闭或异常终止连接而另一方却不知道，如果这个时候连接发送数据，将会返回RST，这种状态可以通过保活措施来检测出来（keepalive）
半关状态：
TCP连接一端在结束它的发送后还能接收来自另一端数据的能力，即数据只能单向流动，程序调用的是shutdown，而不是close。
保活（keepalive）：
作用：探测连接的对端是否存活，避免因为只有一段连接存在而一段关闭的状态存在浪费资源，还可以避免中间设备因为连接长时间不用而删除连接，导致出错。
步骤：在连接的指定时间内无数据交换，则会进行保活探测，服务端发送保活报文，若对方正确返回报文则会重置保活定时器的时间，若没有接收到正确的回应，则会根据指定的间隔继续发送探测报文，知道发送到达指定次数后，就会断开连接。
长连接短连接：
短连接在数据包发送完成后就会自己断开。
长连接在发包完毕后，它们之间的连接并不会主动关闭，后续的读写操作会继续使用这个连接，长连接会通过keepalive来探测另一端的状态
长连接需要在http的头部设定 ： Connection: Keep-alive ， 短连接为 ： Connection: close
TCP的keepalive和HTTP的Keepalive不同，一个是检测机制，一个为标识是否为长连接。
TCP报文抓取工具：Wireshark
捕获过滤器中填入表达式：host www.cnblogs.com and port 80（80等效于http）
有多个TCP流时在显示过滤器中填入表达式：tcp.stream eq 0 筛选出第一个TCP流（包含完整的一次TCP连接：三次握手和四次挥手）
每条记录都有如下协议层
（1） Frame: 物理层的数据帧概况
（2）Ethernet II: 数据链路层以太网帧头部信息
（3） Internet Protocol Version 4: 互联网层IP包头部信息
（4）Transmission Control Protocol: 传输层的数据段头部信息，此处是TCP
（5） Hypertext Transfer Protocol: 应用层的信息，此处是HTTP协议
相关资料：
本文参考：
http://network.51cto.com/art/201411/456783.htm
https://www.cnblogs.com/ImBit/p/5513401.html
