1、TCP 建立连接（Establish）

TCP建立连接的过程叫做握手，握手需要在客户和服务器之间交换三个TCP报文段。

假定主机A运行的是TCP客户程序，而B运行的是TCP服务器程序。最初两端的TCP进程都处于CLOSED（关闭）状态。图中在主机下面的方框分别是TCP进程所处的状态。A主动打开连接，B被动打开连接。

第1步，B的TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，准备接受客户进程的连接请求。然后服务器进程就处于LISTEN（收听）状态，等待客户的连接请求。
A的TCP客户进程也是首先创建传输控制块TCB。然后，在打算建立TCP连接时，向B发出连接请求报文段，这时首部中的同步位SYN=1，同时选择一个初始序列seq=x。TCP规定，SYN报文段（即SYN=1的报文段）不能携带数据，但要消耗掉一个序列。这时，TCP客户进程进入SYN-SENT（同步已发送）状态。

第2步，B收到连接请求报文段后，如果同意建立连接，则向A发送确认。在确认报文段中应把SYN位和ACK位都置1，确认号是ack=x+1，同时也为自己选择一个初始序列seq=y。请注意，这个报文段也不能携带数据，但同样要消耗掉一个序号。这时TCP服务器进程进入SYN-RCVD（同步收到）状态。

第3步，TCP客户进程收到B的确认后，还要向B发送确认。确认报文段的ACK=1，确认号ack=y+1，而自己的序列seq=x+1。TCP的标准规定，ACK报文段可以携带数据。但如果不携带数据则不消耗序号，在这种情况下，下一个数据报文段的序列仍是seq=x+1。这时，TCP连接已经建立，A进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。
当B收到A的确认后，也进入ESTABLISHED状态。

为什么A最后还要发送一次确认呢？这主要是为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了B，因而产生错误。

所谓已失效的连接请求报文段是这样产生的。

考虑一种正常情况，A发出连接请求，但因连接请求报文丢失而未收到确认。于是A再重传一次连接请求。后来收到了确认，建立了连接。数据传输完毕后，就释放了连接。A共发送了两次连接请求报文段，其中第一个丢失，第二个到达了B，没有已失效的连接请求报文段。

现在假定出现一种异常情况，即A发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达B。本来这是一个早已失效的报文段。但B收到此失效的连接请求报文后，就误以为是A又发出一次新的连接请求。于是就向A发出确认报文段，同意建立连接。假定不采用报文握手，那么只要B发出确认，新的连接就建立了。

由于现在A并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬B的确认，也不会向B发送数据。但B却以为新的连接已经建立了，并一直等待A发来数据。B的许多资源就这样白白浪费了。

2、TCP 连接释放

数据传输结束后，通信的双方都可释放连接。现在A和B都处于ESTABLISHED（建立连接）状态。

第1步，A的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段，并停止再发送数据，主动关闭TCP连接。A把连接释放报文段首部的终止控制位FIN置1，其序列seq=u，它等于前面已传送过的数据的最后一个字节的序列加1。这时A进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态，等待B的确认。请注意，TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，它也要消耗一个序列。

第2步，B收到连接释放报文段后即发出确认，确认号是ack=u+1，而这个报文段自己的序列是v，等于B前面已传送过的数据的最后一个字节的序列加1。然后B就进入CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器进程这时应通知高层应用进程，因而从A到B这个方向的连接就释放了，这时的TCP连接处于半关闭（half-close）状态，即A已经没有数据要发送了，但B若发送数据，A仍要接收。也就是说，从B到A这个方向的连接并未关闭，这个状态可能会持续一段时间。
A收到来自B的确认后，就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待B发出的连接释放报文段。

第3步，若B已经没有要向A发送的数据，其应用进程就通知TCP释放连接。这时B发出的连接释放报文段必须是FIN=1。现假定B的序列seq=w（在半关闭状态B可能又发送了一些数据）。B还必须重复上次已发送过的确认号ack=u+1。这时B就进入LAST-ACK（最后确认）状态，等待A的确认。

第4步，A在收到B的连接释放报文段后，必须对此发出确认。在确认报文段中ACK=1，确认号ack=w+1，而自己的序列是seq=u+1（根据TCP标准，前面发送过的FIN报文段要消耗一个序列）。然后进入到TIME-WAIT（时间等待）状态。请注意，现在TCP连接还没有释放掉。必须经过时间等待计时器（TIME-WAIT timer）设置的时间2MSL后，A才进入到CLOSED状态。

当A撤销相应的传输控制块TCB后，就结束了这次的TCP连接。

B只要收到了A发出的确认，就进入CLOSED状态。
同样，B在撤销相应的传输控制块TCB后，就结束了这次的TCP连接。

时间MSL叫做最长报文段寿命（Maximum Segment Lifetime），RFC 793建议设置为2分钟。TCP允许不同的实现可根据具体情况使用更小的MSL值。

为什么A在TIME-WAIT状态必须等待2MSL的时间呢？有两个理由。

第1点，为了保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B。这个ACK报文段有可能丢失，因而使处在LAST-ACK状态的B收不到对己发送的FIN + ACK报文段的确认。B会超时重传这个FIN + ACK报文段，而A就能在2MSL时间内收到这个重传的FIN + ACK报文段。
接着A重传一次确认，重新启动2MSL计时器。最后，A和B都正常进入到CLOSED状态。
如果A在TIME-WAIT状态不等待一段时间，而是在发送完ACK报文段后立即释放连接，那么就无法收到B重传的FIN + ACK报文段，因而也不会再发送一次确认报文段。这样，B就无法按照正常步骤进入CLOSED状态。

第2点，A在发送完最后一个ACK报文段后，再经过时间2MSL，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络消失。这样就可以使下一个新的连接中不会出现连接请求报文段。

除时间等待计时器外，TCP还设有一个保活计时器（Keepalive Timer）。设想有这样的情况：客户已主动与服务器建立TCP连接。但后来客户端的主机突然出故障。显然，服务器以后就不能再收到客户发来的数据。因此，应当有措施使服务器不要再白白等待下去。这就是保活计时器。

服务器每收到一次客户的数据，就重新设置保活计时器，时间的设置通常是两个小时。若两个小时没有收到客户的数据，服务器就发送一个探测报文段，以后每隔75秒发送一次。若一连发送10个探测报文段后仍无客户的相应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭这个连接。

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