一、TCP建立連接的過程
1. 第一次握手
客戶端向服務器發出連接請求報文，這時報文首部中的同部位SYN=1，同時隨機生成初始序列號 seq=x
此時，TCP客戶端進程進入了 SYN-SENT（同步已發送狀態）狀態。TCP規定，SYN報文段（SYN=1的報文段）不能攜帶數據，但需要消耗掉一個序號。
這個三次握手中的開始。表示客戶端想要和服務端建立連接。
2. 第二次握手
TCP服務器收到請求報文後，如果同意連接，則發出確認報文。確認報文中應該 ACK=1，SYN=1，確認號是ack=x+1，同時也要爲自己隨機初始化一個序列號 seq=y
此時，TCP服務器進程進入了SYN-RCVD（同步收到）狀態。這個報文也不能攜帶數據，但是同樣要消耗一個序號。這個報文帶有SYN(建立連接)和ACK(確認)標誌，詢問客戶端是否準備好。
3. 第三次握手
TCP客戶進程收到確認後，還要向服務器給出確認。確認報文的ACK=1，ack=y+1，此時，TCP連接建立，客戶端進入ESTABLISHED（已建立連接）狀態。
TCP規定，ACK報文段可以攜帶數據，但是如果不攜帶數據則不消耗序號。這裏客戶端表示我已經準備好。
二、TCP建立連接爲什麼需要三次握手？
解釋1：
- 發起連接方發出SYN，並收到ACK，這就是兩次網絡傳輸了。
- 同樣被連接方也發出SYN，且等待對方回覆，這也是兩次網絡傳輸。
- 加起來難道不是四次嗎？實際上被連接方將對連接方 SYN(1) 的回覆和自己 SYN(1) 的請求合併了，所以建立一個 TCP 連接最少只需要經過三次網絡傳輸
解釋2：
舉例：已失效的連接請求報文段
- client發送了第一個連接的請求報文，但是由於網絡不好，這個請求沒有立即到達服務端，而是在某個網絡節點中滯留了，直到某個時間纔到達server。
本來這已經是一個失效的報文，但是server端接收到這個請求報文後，還是會想client發出確認的報文，表示同意連接。- 假如不採用三次握手，那麼只要server發出確認，新的建立就連接了，但其實這個請求是失效的請求，client是不會理睬server的確認信息，也不會向服務端發送確認的請求。但是server認爲新的連接已經建立起來了，並一直等待client發來數據，這樣，server的很多資源就沒白白浪費掉了。
- 採用三次握手就是爲了防止這種情況的發生，server會因爲收不到確認的報文，就知道client並沒有建立連接。這就是三次握手的作用。
三、TCP斷開連接的過程
1. 第一次揮手
TCP發送一個FIN(結束)，用來關閉客戶到服務端的連接。客戶端進程發出連接釋放報文，並且停止發送數據。
釋放數據報文首部，FIN=1，其序列號爲seq=u（等於前面已經傳送過來的數據的最後一個字節的序號加1），此時，客戶端進入FIN-WAIT-1（終止等待1）狀態。TCP規定，FIN報文段即使不攜帶數據，也要消耗一個序號。
2. 第二次揮手
服務端收到這個FIN，他發回一個ACK(確認)，確認收到序號爲收到序號+1，和SYN一樣，一個FIN將佔用一個序號。
服務器收到連接釋放報文，發出確認報文，ACK=1，ack=u+1，並且帶上自己的序列號seq=v，此時，服務端就進入了CLOSE-WAIT（關閉等待）狀態。TCP服務器通知高層的應用進程，客戶端向服務器的方向就釋放了，這時候處於半關閉狀態，即客戶端已經沒有數據要發送了，但是服務器若發送數據，客戶端依然要接受。
這個狀態還要持續一段時間，也就是整個CLOSE-WAIT狀態持續的時間。
客戶端收到服務器的確認請求後，此時，客戶端就進入FIN-WAIT-2（終止等待2）狀態，等待服務器發送連接釋放報文（在這之前還需要接受服務器發送的最後的數據）。
3. 第三次揮手
服務端發送一個FIN(結束)到客戶端，服務端關閉客戶端的連接。
服務器將最後的數據發送完畢後，就向客戶端發送連接釋放報文，FIN=1，ack=u+1，由於在半關閉狀態，服務器很可能又發送了一些數據
假定此時的序列號爲seq=w，此時，服務器就進入了LAST-ACK（最後確認）狀態，等待客戶端的確認。
4. 第四次揮手
客戶端發送ACK(確認)報文確認，並將確認的序號+1，這樣關閉完成。
客戶端收到服務器的連接釋放報文後，必須發出確認，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列號是seq=u+1，此時，客戶端就進入了TIME-WAIT（時間等待）狀態。
注意此時TCP連接還沒有釋放，必須經過2∗∗MSL（最長報文段壽命）的時間後，當客戶端撤銷相應的TCB後，才進入CLOSED狀態。
服務器只要收到了客戶端發出的確認，立即進入CLOSED狀態。同樣，撤銷TCB後，就結束了這次的TCP連接。可以看到，服務器結束TCP連接的時間要比客戶端早一些。
四、TCP斷開連接爲什麼需要四次揮手？
解釋1：
- 發起斷開方發出FIN，並收到ACK，這就是兩次網絡傳輸了。
- 同樣被斷開方也發出FIN，且等待對方回覆，這也是兩次網絡傳輸。
- 同樣的邏輯分析下來，實際上也可以僅經過三次傳輸就斷開此次連接，但爲什麼我們會說四次揮手呢？這是因爲如果在收到FIN時，彼時還有數據未傳輸完，則先回復關於 FIN 的 ACK，告知對方我已經知道你要斷開了。則等待傳輸完畢後，被斷開方再發送 FIN，告知自己也已經可以斷開連接。
- 但實際上完全可以是“三次揮手”，如果收到 FIN 時，已經沒有數據要傳輸，則是“三次揮手”。
解釋2：
爲了確保數據能夠完成傳輸。
- 關閉連接時，當收到對方的FIN報文通知時，它僅僅表示對方沒有數據發送給你了；但未必你所有的數據都全部發送給對方了。所以你未必會馬上關閉SOCKET,也即你可能還需要發送一些數據給對方之後，再發送FIN報文給對方來表示你同意現在可以關閉連接了，所以它這裏的ACK報文和FIN報文多數情況下都是分開發送的。
- 可能有人會有疑問，tcp我握手的時候爲何ACK(確認)和SYN(建立連接)是一起發送。揮手的時候爲什麼是分開的時候發送呢？
- 因爲當Server端收到Client端的SYN連接請求報文後，可以直接發送SYN+ACK報文。其中ACK報文是用來應答的，SYN報文是用來同步的。
- 但是關閉連接時，當Server端收到FIN報文時，很可能並不會立即關閉 SOCKET，所以只能先回復一個ACK報文，告訴Client端，“你發的FIN報文我收到了”。只有等到我Server端所有的報文都發送完了，我才能發送FIN報文，因此不能一起發送。故需要四步揮手。
五、斷開連接時客戶端突然掛掉了怎麼辦？
正常連接時，客戶端突然掛掉了，如果沒有措施處理這種情況，那麼就會出現客戶端和服務器端出現長時期的空閒。
解決辦法是在服務器端設置保活計時器，每當服務器收到客戶端的消息，就將計時器復位。超時時間通常設置爲2小時。
若服務器超過2小時沒收到客戶的信息，他就發送探測報文段。若發送了10個探測報文段，每一個相隔75秒，還沒有響應就認爲客戶端出了故障，因而終止該連接。
參考文章：
- 馬士兵公衆號的一篇文章
- TCP爲啥要3次握手和4次揮手？握兩次手不行嗎？