TCP连接的建立与终止

一个TCP连接由一个4元组构成，它们分别是两个IP地址，两个端口号。即一个TCP连接是由一对端点或套接字构成，其中通信的每一端都由一对（IP地址，端口号）所唯一标识。
一个TCP连接通常分为3个阶段：启动、数据传输和退出

TCP打开与关闭

下图是一个典型的TCP连接的建立和关闭过程：

为了建立一个TCP连接，需要完成以下步骤：

1.主动开启者（客户端）发送一个SYN报文段（即一个在TCP头部的SYN字段位置的TCP/IP数据包），并指明自己想要连接的端口号和它的客户端初始序列号（即为ISN(c)）。通常，客户端还会借此发送一个或多个选项。客户端发送的这个SYN报文段称作段1。
2.服务器也发送自己的SYN报文段作为响应，并包含了它的初始序列号（ISN(s)）。该段称作段2。另外，为了确认客户端的SYN，服务器将其包含的ISN(c)数值加1作为返回的ACK数值。因此，每发送一个SYN，序列号就会自动加1。这样如果出现丢失的情况,该SYN段将会重传。
3.为了确认服务器的SYN，客户端将ISN(s)的数值加1后作为返回的ACK数值，这称作段3。

通过发送上述三个报文段就能完成一个TCP连接的建立，通常称为三次握手。三次握手的目的不仅在于让通信双方了解一个连接正在建立，还在于利用数据包的选项来承载特殊的信息，交换初始序列号。

TCP协议规定通过发送一个FIN段来发起关闭操作，只有当连接双方都完成关闭操作后，才构成一个完整关闭：
1.连接的主动关闭者发送一个FIN段指明接受者希望看到自己当前的序列号K。FIN段还包含了一个ACK段用于确认对方最近一次发来的数据（记为L）。
2.连接的被动关闭者将K的数值加1作为响应的ACK值，以表明它已经成功接收到主动关闭者发送的FIN。此时，上层的应用程序会被告知连接的另一端已经提出了关闭的请求。通常，这将导致应用程序发起自己的关闭操作。接着，被动关闭者将身份转变为主动关闭者，并发送自己的FIN。该报文段的序列号为L。
3.为了完成连接的关闭，最后发送的报文段还包含一个ACK用于确认上一个FIN。值得注意的是，如果出现FIN丢失的情况，那么发送方将重新传输直到接收到一个ACK确认为止。
综上所述，建立一个TCP连接需要3个报文段，而关闭一个TCP连接需要4个报文段。


TCP半关闭
伯克利套接字的API提供了半关闭操作，应用程序只需要调用shutdown()函数来代替基本的close()函数。
首先发送的两个报文段与TCP正常关闭完全相同：初始者发送的FIN，接着是接收者回应该FIN的ACK。由于接收到半关闭的一方仍能发送数据，当接收半关闭一方完成数据发送后，它将会发送一个FIN来关闭本方的连接，同时向发起半关闭的应用程序发出一个文件尾指示。当第2个FIN被确认后，整个连接完全关闭。

TCP同时打开与关闭
一个同时打开过程需要交换4个报文段，比普通的三次握手增加了一个。由于通信双方都扮演了客户端与服务器的角色，因此不能够将任何一方称作客户端或服务器。

TCP状态转换图

TCP状态转换图。箭头表示因报文段传输、接收以及计时器超时而引发的状态装换。红色粗箭头表示典型的客户端行为，绿色虚箭头表示典型的服务器行为。

初始化时，TCP从CLOSED状态启动。通常根据是执行主动打开操作还是被动打开操作，TCP将分别快速转换到SYN_SENT或LISTEN状态。
导向ESTABLISHED状态的两种转换与打开一个连接相关，从ESTABLISHED状态导出的两种转换则用于终止一个连接。ESTABLISHTED是通信双方传输数据的状态。
FIN_WAIT_1、FIN_WAIT_2以及TIME_WAIT状态用一个方框括起来（至少是部分被括起来），称作主动关闭。另外两个状态（CLOSE_WAIT、LAST_ACK）被括起来，称为被动关闭。