本文通過兩個圖來梳理TCP-IP協議相關知識。TCP通信過程包括三個步驟：建立TCP連接通道，傳輸數據，斷開TCP連接通道。如圖1所示，給出了TCP通信過程的示意圖。

圖1 TCP 三次握手四次揮手

圖1主要包括三部分：建立連接、傳輸數據、斷開連接。

1)建立TCP連接很簡單，通過三次握手便可建立連接。

2)建立好連接后，開始傳輸數據。TCP數據傳輸牽涉到的概念很多：超時重傳、快速重傳、流量控制、擁塞控制等等。

3)斷開連接的過程也很簡單，通過四次握手完成斷開連接的過程。

三次握手建立連接：

第一次握手：客戶端發送syn包(seq=x)到服務器，并進入SYN_SEND狀態，等待服務器確認；

第二次握手：服務器收到syn包，必須確認客戶的SYN（ack=x+1），同時自己也發送一個SYN包（seq=y），即SYN+ACK包，此時服務器進入SYN_RECV狀態；

第三次握手：客戶端收到服務器的SYN＋ACK包，向服務器發送確認包ACK(ack=y+1)，此包發送完畢，客戶端和服務器進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手。

 握手過程中傳送的包里不包含數據，三次握手完畢后，客戶端與服務器才正式開始傳送數據。理想狀態下，TCP連接一旦建立，在通信雙方中的任何一方主動關閉連接之前，TCP 連接都將被一直保持下去。

傳輸數據過程：

a.超時重傳

超時重傳機制用來保證TCP傳輸的可靠性。每次發送數據包時，發送的數據報都有seq號，接收端收到數據后，會回復ack進行確認，表示某一seq號數據已經收到。發送方在發送了某個seq包后，等待一段時間，如果沒有收到對應的ack回復，就會認為報文丟失，會重傳這個數據包。

b.快速重傳

接受數據一方發現有數據包丟掉了。就會發送ack報文告訴發送端重傳丟失的報文。如果發送端連續收到標號相同的ack包，則會觸發客戶端的快速重傳。比較超時重傳和快速重傳，可以發現超時重傳是發送端在傻等超時，然后觸發重傳；而快速重傳則是接收端主動告訴發送端數據沒收到，然后觸發發送端重傳。

c.流量控制

這里主要說TCP滑動窗流量控制。TCP頭里有一個字段叫Window，又叫Advertised-Window，這個字段是接收端告訴發送端自己還有多少緩沖區可以接收數據。于是發送端就可以根據這個接收端的處理能力來發送數據，而不會導致接收端處理不過來。 滑動窗可以是提高TCP傳輸效率的一種機制。

d.擁塞控制

滑動窗用來做流量控制。流量控制只關注發送端和接受端自身的狀況，而沒有考慮整個網絡的通信情況。擁塞控制，則是基于整個網絡來考慮的。考慮一下這樣的場景：某一時刻網絡上的延時突然增加，那么，TCP對這個事做出的應對只有重傳數據，但是，重傳會導致網絡的負擔更重，于是會導致更大的延遲以及更多的丟包，于是，這個情況就會進入惡性循環被不斷地放大。試想一下，如果一個網絡內有成千上萬的TCP連接都這么行事，那么馬上就會形成“網絡風暴”，TCP這個協議就會拖垮整個網絡。為此，TCP引入了擁塞控制策略。擁塞策略算法主要包括：慢啟動，擁塞避免，擁塞發生，快速恢復。

四次握手斷開連接：

第一次揮手：主動關閉方發送一個FIN，用來關閉主動方到被動關閉方的數據傳送，也就是主動關閉方告訴被動關閉方：我已經不會再給你發數據了(當然，在fin包之前發送出去的數據，如果沒有收到對應的ack確認報文，主動關閉方依然會重發這些數據)，但此時主動關閉方還可以接受數據。

第二次揮手：被動關閉方收到FIN包后，發送一個ACK給對方，確認序號為收到序號+1（與SYN相同，一個FIN占用一個序號）。

第三次揮手：被動關閉方發送一個FIN，用來關閉被動關閉方到主動關閉方的數據傳送，也就是告訴主動關閉方，我的數據也發送完了，不會再給你發數據了。

第四次揮手：主動關閉方收到FIN后，發送一個ACK給被動關閉方，確認序號為收到序號+1，至此，完成四次揮手。

圖2給出了TCP通信過程中的狀態轉移圖，理解此圖是我們理解TCP-IP協議的關鍵。

圖2  TCP狀態轉移圖

狀態圖詳細解讀：

1.CLOSED：起始點，在超時或者連接關閉時候進入此狀態。

2.LISTEN：服務端在等待連接過來時候的狀態，服務端為此要調用socket，bind,listen函數，就能進入此狀態。此稱為應用程序被動打開（等待客戶端來連接）。

3.SYN_SENT:客戶端發起連接，發送SYN給服務器端。如果服務器端不能連接，則直接進入CLOSED狀態。

4.SYN_RCVD：跟3對應，服務器端接受客戶端的SYN請求，服務器端由LISTEN狀態進入SYN_RCVD狀態。同時服務器端要回應一個ACK，同時發送一個SYN給客戶端；另外一種情況，客戶端在發起SYN的同時接收到服務器端得SYN請求，客戶端就會由SYN_SENT到SYN_RCVD狀態。

5.ESTABLISHED：服務器端和客戶端在完成3次握手進入狀態，說明已經可以開始傳輸數據了。

以上是建立連接時服務器端和客戶端產生的狀態轉移說明。相對來說比較簡單明了，如果你對三次握手比較熟悉，建立連接時的狀態轉移還是很容易理解。