TCP连接的建立和终止

TCP连接建立

建立一个TCP连接的过程图示如下（图片均来源于网络…）：

服务器在连接建立之前必须准备好接收客户发来的连接，这一般通过创建套接字，绑定服务器地址、监听套接字来完成，即socket，bind，listen三个函数。这一个过程被成为被动打开。
客户通过connect函数发起主动打开，客户会发送一个SYN分节，它告诉服务器客户将在连接中发送的数据的初始序列号，通常该分节不带数据，其所在IP数据只含有一个IP首部、一个TCP首部以及可能的TCP选项。
服务器收到客户发来的SYN分节后，服务器必须确认该分节，同时服务器发送一个自己的SYN分节，它含有服务器将在该连接中发送的数据的初始序列号。
客户收到服务器发回的消息后，确认服务器的分节，连接建立。

从图中可以看到ACK是SYN分节的序列号加１，类似的，FIN分节的ACK也是FIN分节的序列号加１。

TCP连接终止

TCP终止一个连接需要４个分节。

终止一个连接的图示如下：

某个应用首先调用close，该端主动关闭，发送一个FIN分节
接收到FIN分节的对端执行被动关闭，这个FIN由TCP确认，FIN分节的接收也作为一个文件结束符（EOF）传递给接收端应用进程。
一段时间之后，接收到这个文件结束符的引用进程将调用close关闭它的套接字，这会导致它也发送一个FIN分节。
接收这个最终FIN的对端发送一个ACK确认这个FIN分节。

连接和终止

一个完整的连接和终止的过程示意：

一个完整的TCP状态转换图：

TIME_WAIT

TCP终止中，执行了主动关闭的那端在接收到对端发来的FIN分节和发送对应的ACK之后就进入了TIME_WAIT状态，该状态的持续时间是2个MSL（maximum segment lifetime）。它的存在有两个理由：

可靠地实现TCP全双工连接的终止
允许老的重复分节在网络中消逝

对于第一个理由，如果最后的ACK丢失了，那么服务器需要重发FIN，因此客户必须维护状态信息，以允许它发送最终的那个ACK，如果客户不维护状态信息，那么客户在收到服务器重传的FIN后将直接相应RST，这个分节将会被服务器解释为一个错误。

对于第二个理由，假设在一个连接被终止了马上又发起来一个相同IP和端口上的连接，后一个连接成为前一个连接的化身，TCP必须防止老的连接的分组在老连接结束之后再现，以防止其被误解为新的连接的分组。TCP不会让处于TIME_WAIT状态的连接发起新的化身，既然TIME_WAIT的时间是MSL的2倍，这就足以让某个方向上的分组最多存活MSL时间即被丢弃，另外一个方向上的应答最多存活MSL时间也被丢弃。通过这种方式，老的重复分组在网络中都已经消逝。