TCP协议是可靠的传输:表现在2个方面
1.是保证数据包可以按照发送的顺序到达
2.另外一方面是保证数据包一定程度的正确性(后文详解为什么是一定程度上的正确性)。
其可靠性的实现则基于2点技术，
一点是具有一个CRC校验，这样如果数据包中的某些数据出现错误可以通过该校验和发现;
另外一点是每个数据包都有一个序号，这样就能保证数据包的顺序性，如果出现错位的数据包可以请求重发。
TCP协议是一个可靠的传输协议，其可靠性表现在2方面，一方面是保证数据包可以按照发送的顺序到达，另外一方面是保证数据包一定程度的正确性(后文详解为什么是一定程度上的正确性)。其可靠性的实现则基于2点技术，一点是具有一个CRC校验，这样如果数据包中的某些数据出现错误可以通过该校验和发现;另外一点是每个数据包都有一个序号，这样就能保证数据包的顺序性，如果出现错位的数据包可以请求重发。
既然说到了格式，那我们先看一下TCP数据包的数据格式。如下图是TCP数据包的格式，包括原端口、目的端口、序列号和标识位等等内容，内容有些多，看着可能有点眼花。但从大的方面理解，这个数据包其实只包含2部分内容，一个是包头，另外一个则是具体需要传输的数据。在TCP协议的控制逻辑中，包头起着最为关键的作用，它是TCP协议中诸如建立连接、断开连接、重传和错误校验等各种特性的基础。
图2 TCP数据包格式
包头的其它信息的含义都比较明了，本文仅仅介绍几个标志位(URG、ACK、PSH、RST、SYN和FIN)的含义。具体含义如下：
- ACK: 确认序号有效。
- RST：重置连接
- SYN：发起一个新连接
- FIN：释放一个连接
连接的建立
TCP在具体传输数据之前需要建立连接。这里的连接并不是物理连接，物理连接基于底层的协议已经建立完成，而且TCP建立连接也是要假设底层连接已经成功，TCP的连接其实是一个虚拟的，逻辑的连接。简单粗暴的理解，就是客户端和服务端分别记录了各自接受到的数据包的序号，并且将自身设置为某种状态。在TCP协议中，连接的建立通常成为3次握手，从字面的概念可以看出，连接的建立需要经过3次确认的过程。
图3 建立连接的3次握手
TCP协议3次握手的过程如图所示，初始状态客户端和服务端都处于关闭状态。主要过程分为3步：
- 客户端发送预连接数据包： TCP的连接是由客户端主动发起建立，客户端会发送一个数据包(报文)给服务端，需要注意的是数据包中的SYN标识位为1。我们前文已经介绍，如果SYN为1，则说明为建立连接的数据包。同时，在该数据包中包含一个请求序列号，该序列号也是建立连接的依据。
- 服务端回复连接确认： 服务端确认可以建立连接(服务端不一定可以建立连接，因为系统中套接字的数量是有限的)的情况下会向客户端发送一个应答数据包。在应答数据包中会将ACK标志位设置为1，表示为服务端应答数据包。同时，在应答数据包中会设置请求序列号和应答序列号的值，具体参考图3.
- 客户端回复连接确认： ***，客户端再次发送一个连接确认数据包，告诉服务端连接建立成功。
从上面流程可以看出，连接的建立需要经过多次交互，这就是我们日常中所说的建立连接是高成本的操作。在实际生产环境中，为了应对这个问题，会减少连接建立的频度，通常的做法是建立连接池，传输数据时直接从连接池中获取连接，而不是新建连接。
有人可能觉得可以对建立连接的过程进行优化，比如将客户端***一次的确认取消掉，觉得这个没有卵用。对于正常情况确实没有多大的作用，这里主要是应对异常情况。因为网络拓扑是非常复杂的，特别是在广域网中，有着数不清的网络节点，因此会出现各种异常情况。因此，TCP协议在设计的时候必须要保证异常情况下的可靠性。
我们这里举一个例子，就是连接请求超时的情况。假设客户端向服务端发送一个连接请求，由于各种原因，请求一直没有到达服务端，因此服务端也就没有回复连接确认消息。客户端连接超时，因此客户端重新发送一个连接请求到服务端，这次比较顺利，很快到达了，并且顺利建立了连接。之后，前一个数据包经过长途跋涉最终还是到了服务端，服务端也向客户端发送了回复数据包，服务端认为连接是建立成功的，并且会维持连接。但客户端层面认为连接是超时的，因此将永远不会关闭该连接。这样就会造成服务端有残留的资源，从而造成服务端资源浪费，久而久之可能会导致服务端无新连接资源可用。
另外一个需要说明的是客户端和服务端的套接字都有相应的状态，而且状态会随着连接的不同阶段变化。初始状态都是CLOSE，最终连接建立成功后都是ESTABLISHED,具体变化过程如图3所示。后面本文会详细介绍状态变化情况。
传输数据
完成连接建立之后，客户端和服务端就可以进行数据传输了。我们知道TCP是可靠的传输，那么传输的可靠性是通过什么来保证的呢?主要就是通过包头中的校验和、请求序列号和应答序列号(参考图2)。
TCP数据内容的可靠性是通过校验和保证的。TCP在发送数据时都会计算整个数据包的校验和，并存储在包头的校验和字段中。接收方会按照规则进行计算，从而确认接收到的数据是否是正确的。发送发计算校验和的流程大概如下：
- 把伪首部、TCP包头和TCP数据分为16为的字，并把TCP包头中的校验和字段置0
- 用反码加法累加所有16位数字
- 对计算结果去反，将其填充到TCP包头的校验和字段
接收方将所有原码相加，高位叠加，如果全为1则表示数据正确，否则说明数据有错误。
TCP数据包顺序的可靠性是通过请求序列号和应答序列号保证的。在数据传输中的每个请求都会有一个请求序列号，而在接收方接收到数据后会发送一个应答序列号，这样发送方就能知道数据是否被正确接收，而接收方也能知道数据是否出现乱序，从而保证数据包的顺序性。
断开连接
TCP关闭连接分为4步，称为4次挥手。连接的关闭不一定是在客户端发起，服务端也可以发起关闭连接。关闭连接的过程如下：
- 发起方发送一个FIN置位的数据包,用来请求关闭发送方到接收方的连接
- 接收方发送一个应答，ACK标志位为1，确认关闭。此时完成了发起方到接收方的连接，也即发送方无法再向接收方发送数据，但接收方还可以向发送方发送数据。
- 接收方数据传输完成后向发起方发送一个FIN为1的包，表示请求断开连接
- 发起方回复一个ACK包，确认关闭成功
图4 关闭连接流程示意图
TCP是全双工通信，因此关闭连接时需要双向关闭连接。首先是关闭发起方关闭本端的连接，然后是关闭接收方在收到发起方的关闭请求后，除了回复关闭应答外，还要确保数据传输完成后发起一个关闭连接的请求，保证双向同时关闭。