1.TCP連線的建立 (1）首先是伺服器初始化的過程，從CLOSED（關閉）狀態開始通過順序呼叫SOCKET、BIND、LISTEN和ACCEPT原語建立Socket套接字，進入LISTEN（監聽）狀態，等待客戶端的TCP傳輸連線請求。

     （2）客戶端最開始也是從CLOSED狀態開始呼叫SOCKET原語建立新的Socket套接字，然後在需要再呼叫CONNECT原語，向伺服器傳送一個將SYN欄位置1（表示此為同步資料段）的資料段（假設初始序號為i），主動開啟埠，進入到SYNSENT（已傳送連線請求，等待對方確認）狀態。

   TCP傳輸連線建立的三次握手過程

     （3）伺服器在收到來自客戶端的

SYN資料段後，發回一個SYN欄位置1（表示此為同步資料段），ACK欄位置1（表示此為確認資料段），ack（確認號）=i+1的應答資料段（假設初始序號為j），被動開啟埠，進入到SYN RCVD（已收到一個連線請求，但未進行確認）狀態。這裡要注意的是確認號是i+1，而不是i，表示伺服器希望接收的下一下資料段序號為i+1。

     （4）客戶端在收到來自伺服器的SYN+ACK資料段後，向伺服器傳送一個ACK=1（表示此為確認資料段），序號為i+1，ack=j+1的確認資料段，同時進入ESTABLISHED（連線建立）狀態，建立單向連線。要注意的是，此時序號為i+1，確認號為j+1，表示客戶端希望收到伺服器的下一個資料段的序號

j+1。

     （5）伺服器在收到客戶端的ACK資料段後，進入ESTABLISHED狀態，完成雙向連線的建立。

雙方同時主動連線的TCP連線建立過程

     正常情況下，傳輸連線都是由一方主動發起的，但也有可能雙方同時主動發起連線，此時就會發生連線碰撞，最終只有一個連線能夠建立起來。因為所有連線都是由它們的端點進行標識的。如果第一個連線請求建立起一個由套接字（x,y）標識的連線，而第二個連線也建立了這樣一個連線，那麼在TCP實體內部只有一個套接字表項。

      當出現同時發出連線請求時，則兩端幾乎在同時傳送一個SYN欄位置1的資料段，並進入SYN_SENT狀態。當每一端收到SYN

資料段時，狀態變為SYN_RCVD，同時它們都再發送SYN欄位置1，ACK欄位置1的資料段，對收到的SYN資料段進行確認。當雙方都收到對方的SYN+ACK資料段後，便都進入ESTABLISHED狀態。圖10-39顯示了這種同時發起連線的連線過程，但最終建立的是一個TCP連線，而不是兩個，這點要特別注意。

圖 10-39 同時發起連線的TCP連線建立流程

      從圖中可以看出，一個雙方同時開啟的傳輸連線需要交換4資料段，比正常的傳輸連線建立所進行的三次握手多交換一個數據段。此外要注意的是，此時我們沒有將任何一端稱為客戶或伺服器，因為每一端既是客戶又是伺服器。

2.TCP連線的釋放            在資料傳輸完畢之後，通訊雙方都可以發出釋放連線的請求。釋放連線的過程為如上圖所示：      1）資料傳輸結束後，主機A的應用程序先向其TCP發出釋放連線請求，不在傳送資料。TCP通知對方要釋放從A到B的連線，將發往主機B的TCP報文段首部的終止位元FIN置為1，序號u等於已傳送資料的最後一個位元組的序號加1。      2）主機B的TCP收到釋放連線通知後發出確認，其序號為u+1，同時通知應用程序，這樣A到B的連線就釋放了，連線處於半關閉狀態。主機B不在接受主機A發來的資料；但主機B還向A傳送資料，主機A若正確接收資料仍需要傳送確認。      3）在主機B向主機A的資料傳送結束後，其應用程序就通知TCP釋放連線。主機B發出的連線釋放報文段必須將終止位元置為1，並使其序號w等於前面已經傳送過的資料的最後一個位元組的序號加 1，還必須重複上次已傳送過的ACK=u+1。      4）主機A對主機B的連線釋放報文段發出確認，將ACK置為1，ACK=w+1, seq=u+1。這樣才把從B到A的反方向連線釋放掉，主機A的TCP再向其應用程序報告，整個連線已經全部釋放。  

2. 雙方主動關閉的TCP連線釋放流程

     與可以雙方同時建立TCP傳輸連線一樣，TCP傳輸連線關閉也可以由雙方同時主動進行（正常情況下都是由一方傳送第一個FIN資料段進行主動連線關閉，另一方被動接受連線關閉），如圖10-41所示。具體描述如下：

  同時主動關閉TCP連線的流程

        當兩端對應的網路應用層程序同時呼叫CLOSE原語，傳送FIN資料段執行關閉命令時，兩端均從ESTABLISHED狀態轉變為FIN WAIT 1狀態。任意一方收到對端發來的FIN資料段後，其狀態均由FIN WAIT 1轉變到CLOSING狀態，併發送最後的ACK資料段。當收到最後的ACK資料段後，狀態轉變化TIME_WAIT，在等待2MSL後進入到CLOSED狀態，最終釋放整個TCP傳輸連線。 3.注意的問題

• 三次握手建立連線時，傳送方再次傳送確認的必要性
• • 主要是為了防止已失效的連線請求報文段突然又傳到了B,因而產生錯誤。假定出現一種異常情況，即A發出的第一個連線請求報文段並沒有丟失，而是在某些網路結點長時間滯留了，一直延遲到連線釋放以後的某個時間才到達B，本來這是一個早已失效的報文段。但B收到此失效的連線請求報文段後，就誤認為是A又發出一次新的連線請求，於是就向A發出確認報文段，同意建立連線。假定不採用三次握手，那麼只要B發出確認，新的連線就建立了，這樣一直等待A發來資料，B的許多資源就這樣白白浪費了。
  • 三次握手是連線兩端正確同步的充要條件，因為TCP建立在不可靠的分組傳輸服務之上，報文可能丟失、延遲、重複和亂序，因此協議必須使用超時和重傳機制。如果重傳的連線請求和原先的連線請求在連線正在建立時到達，或者當一個連線已經建立、使用和結束之後，某個延遲的連線請求才到達，就會出現問題。採用三次握手協議就可以解決這些問題。如客戶端傳送的ACK資料段就是為了避免因網路延遲而導致的重複連線，因為這時客戶端就可通過檢查ACK資料段中的確認號就可得知該連線請求是否已失效。
    
• 四次揮手釋放連線時，等待2MSL的意義

• • 1）可靠地實現TCP全雙工連線的終止        第一，為了保證A傳送的最有一個ACK報文段能夠到達B。這個ACK報文段有可能丟失，因而使處在LAST-ACK狀態的B收不到對已傳送的FIN和ACK報文段的確認。B會超時重傳這個FIN和ACK報文段，而A就能在2MSL時間內收到這個重傳的ACK+FIN報文段。接著A重傳一次確認。在進行關閉連線四路握手協議時，最後的ACK是由主動關閉端發出的，如果這個最終的ACK丟失，伺服器將重發最終的FIN，因此客戶端必須維護狀態資訊允 許它重發最終的ACK。如果不維持這個狀態資訊，那麼客戶端將響應RST分節，伺服器將此分節解釋成一個錯誤（在java中會丟擲connection reset的SocketException)。因而，要實現TCP全雙工連線的正常終止，必須處理終止序列四個分節中任何一個分節的丟失情況，主動關閉 的客戶端必須維持狀態資訊進入TIME_WAIT狀態。

  • 2）允許老的重複分節在網路中消逝  
        TCP分節可能由於路由器異常而“迷途”，在迷途期間，TCP傳送端可能因確認超時而重發這個分節，迷途的分節在路由器修復後也會被送到最終目的地，這個 原來的迷途分節就稱為lost duplicate。在關閉一個TCP連線後，馬上又重新建立起一個相同的IP地址和埠之間的TCP連線，後一個連線被稱為前一個連線的化身 （incarnation)，那麼有可能出現這種情況，前一個連線的迷途重複分組在前一個連線終止後出現，從而被誤解成從屬於新的化身。為了避免這個情 況，TCP不允許處於TIME_WAIT狀態的連線啟動一個新的化身，因為TIME_WAIT狀態持續2MSL，就可以保證當成功建立一個TCP連線的時 候，來自連線先前化身的重複分組已經在網路中消逝。

  • TIME_WAIT的優缺點：

    短時間的多次請求可能會導致伺服器上存在很多的TIME_WAIT，那麼導致埠被用盡，無法繼續訪問應用程式。四次握手關閉也不是必須的，也可以通過套接字選項設定不需要關注TIME_WAIT狀態。

4.TCP的有限狀態機      連線的建立和釋放所要求的步驟可以用一個有限狀態機來表達，該狀態機有11種狀態。每一種狀態中都存在一些合法的事件，當合法事件發生的時候，可能需要採取某個動作。當其他事件發生的時候，則報告一個錯誤。

狀 態	描 述
CLOSED	關閉狀態，沒有連線活動或正在進行
LISTEN	監聽狀態，伺服器正在等待連線進入
SYN RCVD	收到一個連線請求，尚未確認
SYN SENT	已經發出連線請求，等待確認
ESTABLISHED	連線建立，正常資料傳輸狀態
FIN WAIT 1	（主動關閉）已經發送關閉請求，等待確認
FIN WAIT 2	（主動關閉）收到對方關閉確認，等待對方關閉請求
TIMED WAIT	完成雙向關閉，等待所有分組死掉
CLOSING	雙方同時嘗試關閉，等待對方確認
CLOSE WAIT	（被動關閉）收到對方關閉請求，已經確認
LAST ACK	（被動關閉）等待最後一個關閉確認，並等待所有分組死掉

TCP建立與釋放的變遷如圖所示：

• 客戶程序變遷的過程（粗實線）
• • 連線建立：設一個主機的客戶程序發起連線請求（主動開啟），這時本地TCP實體就建立傳輸控制快（TCB），傳送一個SYN為1的報文，進入SYN_SENT狀態。當收到來自程序的SYN和ACK時，TCP就傳送出三次握手中的最後一個ACK，進而進入連線已經建立的狀態ESTABLISHED。
  • 連線釋放：設執行客戶程序主機本地TCP實體傳送一個FIN置為1的報文，等待著確認ACK的到達，此時狀態變為FIN_WAIT_1。當執行客戶程序主機收到確認ACK時，則一個方向的連線已經關閉。狀態變成FIN_WAIT_2。當執行客戶程序的主機收到執行伺服器程序的主機發送的FIN置為1的報文後，應響應確認ACK時，這是另一個連線關閉。但此時TCP還要等待一段時間後才刪除原來建立的連線記錄。返回到初始的CLOSED狀態，這是為了保證原來連線上的所有分組都從網路中消失了。
• 伺服器程序變遷的過程（粗虛線）
• • 連線建立：伺服器程序發出被動開啟，進入監聽狀態LISTEN。當收到SYN置為1的連線請求報文後，傳送確認ACK，並且報文中的SYN也置為1，然後進入SYN_RCVD狀態。在收到三次握手最後一個確認ACK時，就轉為ESTABLISHED狀態。
  • 連線釋放：當客戶程序的資料已經傳送完畢。就發出FIN置為1的報文給伺服器程序，進入CLOSE_WAIT狀態。伺服器程序傳送FIN報文段給客戶程序，狀態變為LAST_ACK狀態。當收到客戶程序的ACK時，伺服器程序就釋放連線。刪除連線記錄。回到原來的CLOSED狀態。