TCP 与 UDP 都是计算机网络 OSI 模型中的传输层协议，它们都提供了端到端的数据通信能力。其中 UDP 协议是一种无连接、无状态的协议，而 TCP 协议则是一个全双工的面向连接的协议。
Prologue
TCP 是一种面向连接的协议，它通过在两个通信端点之间建立持久的连接来实现全双工通信。在 TCP 连接中，数据可以双向流动，每一方都可以独立地发送和接收数据。TCP 提供可靠的、面向连接的通信，确保数据的顺序和可靠性。由于 TCP 的连接是全双工的，客户端和服务器之间可以独立地发送和接收数据。下面，让我们详细聊聊 TCP 协议。
TCP 协议在数据传输的作用
要说为什么 TCP 协议需要建立连接，我们先要明白 TCP 协议在数据传输中的作用：
还是以我们日常开发与生活中中经常访问的网页为例：浏览器发起一个 HTTP GET 请求的时候，请求将通过 IP 与 MAC 层的协同作用，找到访问目标资源的最佳路径。
首先，在 HTTP 层，消息数据将被构建，其中包含用户请求的数据或需要传输的内容。接着，在 TCP 层，每个数据段都会附加一个包含了 TCP 协议相关的控制信息的 TCP 头部。然后，在 IP 层， IP 头部被添加，该头部包含了源地址和目标地址等 IP 协议的信息。最后，在 MAC 层，帧头部被添加，包含了 MAC 地址等物理层的信息。
当路由器接收到数据帧后，会解析其中的 MAC 头部与 IP 头部，并由此确定数据帧的目的地。在确定数据帧的下一跳之后，路由器将重新附加相应的 IP 头部与 MAC 头部，并把数据帧发送交换机。接下来，交换机根据 MAC 地址把数据帧发送到目标主机。目标主机接收到数据后，逐层解析各个协议层的头部信息，包括 MAC 头部、IP 头部和 TCP 头部。在 TCP 层，目标主机接收到的数据段重新组装成完整的请求。最终，整个消息层层上升，达到最顶层即应用层的 HTTP 层。
在上述过程中，以 TCP 协议所在的传输层为分割线：在传输层以下，IP 层和 MAC 层选择路由。在 TCP 层以上，HTTP 层构建请求和响应消息。
综上。TCP 将可变长度的请求转换为多个段，并确保所有部分按其原始顺序到达。这就是 TCP 的作用。
TCP 头部的格式
在进入本篇的正题 TCP 协议握手之前，还需要介绍一下它 Header 的格式。
如上图所示，前两个字段是 源端口 与 目标端口 ，源端口 表示数据包的来源，而“目标端口”表示其的目的地。
以访问本站为例：打开浏览器控制台，选择 Network，刷新页面，点击任意一个网络请求，可以看到，ixjs.com 这个网址在 DNS 解析之后，被转换成 IP 地址 43.138.16.18 ，而 IP 地址冒号后面的数字，所代表的就是刚刚提到的 目标端口 。
下面的部分是序列码与 ACK 确认码，序列码用于标识数据包。确认码用于确认数据接受成功。TCP 选项是可选的，用于提供额外的信息。
TCP 的如何建立连接
终于，我们进入本篇要讲的正题：TCP 协议是如何建立连接的。
TCP 协议需要两个通信端点之间发送三次消息来建立连接，这个过程通常被称为“三次握手”。发送的消息中，主要可以分为以下两类：
- 同步初始序列号（ISN）：确保通信的双方使用相同的起始序列号，以协调数据传输的顺序。
- 交换参数（例如窗口缩放因子、最大分段大小、选择性确认算法等）：确定连接双方在数据传输中采用的一些参数，以优化通信的效率。
三次握手的步骤如下：
- 客户端发送一个 SYN 包，表示请求建立连接
- 服务器回复一个 SYN/ACK 包，表示同意建立连接
- 客户端再回应一个 ACK 包，确认连接已建立
The 1st Handshake
客户端发起第一次握手，通过发送包含 初始序列号 和 标志位 的 SYN 包来建立连接。
初始序列号 ISN
初始序列号 是一个随机值，不允许为零。
标志位
标志位 用于标记数据段的类型。如图所示，第一次握手时，SYN 类型的标志被设置为 1，而其他标志被保持为 0，表示这是一个 SYN 消息。
如图，以访问本站为例，当在浏览器输入链接并按下回车后，ixjs.com 的域名经过 DNS 解析后，向 IP 地址 43.138.16.18 发起了网络请求，建立连接。我们可以清晰的看到 SYN 包的 ISN 序列号与 SYN 标志。
The 2nd Handshake
在接收到客户端的 SYN 包后，服务器将通过进行第二次握手来做出响应，即回送一个 SYN/ACK 包作为响应。
序列号
这次我们将发送到两个序列号：
- 服务器的
初始序列号(ISN)：服务器的初始序列号是一个随机数。（与客户端刚刚发送的初始序列号不同） 确认码：基于客户端的初始序列号生成，具体为
服务器的确认序列号 = 1 + 客户端的初始序列号
标志位
在标志位中，ACK 和 SYN 都被置为 1。
如上图，可以看到第二次握手中服务器回送的 ISN 与 ACK 的序列号与标志位。
The 3rd Handshake
客户端收到服务器第二次握手发来的 SYN/ACK 包后，再次向服务器发送 ACK 包。这就是第三次握手。
序列号
客户端将响应一个确认码，与之前相同，响应的确认码也基于服务器发送的初始序列号 ISN 生成的：
客户端的确认序列号 = 1 + 服务器的初始序列号
标志位
只有 ACK 被置为 1
如图例，我们可以看到客户端返回的 ACK 包的确认码与标志位。
TCP 连接期间的状态变化
最初，两端都处于关闭状态。为了提供服务，我们需要先开启服务端的对应端口，例如 HTTP 协议的 80 端口或者是 HTTPS 协议的 443 端口，此时，服务端进入了监听状态。
在第一次握手中，浏览器发送了一个 SYN 包，随即，客户端的 TCP 状态变为 SYN-Sent 状态。
当服务器收到 SYN 包时，会将 SYN 包放入 SYN 队列中，服务器的 TCP 状态进入 SYN-Received 状态。然后，服务器发送 SYN/ACK 包，也就是第二次握手。
浏览器接收到消息，其 TCP 进入已建立状态，并向服务器发送最后的 ACK 包。
服务器收到 ACK 包后，会把请求帧从 SYN 队列中移出，放入 ACCEPT 队列中。此时连接便建立了。如果有类似 Nginx 之类的代理服务器，则连接实际上是由代理服务器处理的。
查看服务器建立的所有连接
建立了 TCP 链接后，在服务器里可以使用我们比较熟悉的 netstat 工具查看所有已经建立的 TCP 连接。
我们使用了 netstat 展示了所有活动连接和侦听端口，而且以数字形式显示IP地址和端口号，并过滤了其中状态为 ESTABLISHED 的连接。可以看到，我们使用了 63534 端口与服务器的 443 端口建立了 TCP 连接。其中，10.0.8.6:443 展示的是服务器的本机地址。具体可以通过 ifconfig 查看 eth0
Epilogue
TCP 承担了确保消息可靠传递的任务，而其他网络层不太关心这个问题。为了履行这一职责，需要建立一个连接，为了建立连接，TCP采用了一种称为 “三次握手” 的过程。而握手过程中的序列号、确认号以及标志位是理解这一过程的核心，因为每次握手都导致客户端和服务器端TCP连接状态的变化。