1. 概述
TCP（Transmission Control Protocol）是一种面向连接的协议，运行在IP协议的传输层之上，广泛用于客户端与服务端之间可靠的数据通信。通过建立网络连接，客户端与服务端之间可以交换封装在请求与响应中的数据片段。
在本文中，我们将重点介绍如何通过发送SYN（Synchronize Sequence Numbers）报文来发起TCP连接。
2. TCP协议简介
TCP 提供了可靠的连接来传输数据。它内置了错误校验机制，并通过重传和确认机制来保证数据的完整性和顺序性。因此，TCP 是互联网中最广泛使用的协议之一。
由于TCP是面向连接的协议，因此在数据传输之前必须先建立连接。而这个连接的建立过程是由客户端主动发起的，其中用到了TCP协议头部中的控制标志位（Control Bits）来协调连接的建立。
3. 控制标志位（Control Bits）
每个TCP报文的头部都包含多个关键字段，如源端口、目标端口、序列号、确认号、数据偏移、窗口大小、校验和，以及我们重点关注的标志位（Flags）。
这些标志位用于指示当前报文的用途。在连接建立过程中，我们主要使用的是以下两个标志位：
- SYN（Synchronize）：用于发起连接请求
- ACK（Acknowledgment）：用于确认收到的数据
这些标志位实际上是头部中的一个比特位，1表示开启，0表示关闭。正是通过这些标志位，TCP客户端与服务端才能判断如何处理收到的报文以及如何响应。
4. 三次握手（3-Way Handshake）
TCP连接的建立是通过一个称为“三次握手”的过程完成的。这个过程由客户端主动发起，服务端被动监听。整个握手过程包括三个步骤，每一步都涉及到SYN和ACK标志位的设置。
4.1. 第一次握手：SYN
客户端向服务端发送一个TCP报文段，其中：
- 设置SYN标志位为1
- 序列号（Sequence Number）设为一个初始值（通常为随机值ISN）
这个报文段表示客户端希望与服务端建立连接，并同步自己的初始序列号。
示例代码（伪代码）：
TcpPacket synPacket = new TcpPacket();
synPacket.setSynFlag(true);
synPacket.setSequenceNumber(clientInitialSeqNum);
4.2. 第二次握手：SYN-ACK
服务端收到SYN报文后，回应一个SYN-ACK报文段，其中：
- SYN标志位为1
- ACK标志位为1
- 序列号设为服务端的初始值
- 确认号（Acknowledgment Number）设为客户端序列号+1
这一步表示服务端确认了客户端的SYN请求，并同步自己的初始序列号。
示例代码：
TcpPacket synAckPacket = new TcpPacket();
synAckPacket.setSynFlag(true);
synAckPacket.setAckFlag(true);
synAckPacket.setSequenceNumber(serverInitialSeqNum);
synAckPacket.setAcknowledgmentNumber(clientInitialSeqNum + 1);
4.3. 第三次握手：ACK
客户端收到SYN-ACK后，发送一个ACK报文段作为最终确认：
- ACK标志位为1
- 确认号设为服务端的初始序列号+1
此时，三次握手完成，TCP连接建立成功。
示例代码：
TcpPacket ackPacket = new TcpPacket();
ackPacket.setAckFlag(true);
ackPacket.setAcknowledgmentNumber(serverInitialSeqNum + 1);
握手过程图示如下：
✅ 注意：一旦连接建立完成，再次发送SYN标志位可能会导致协议错误，从而断开连接。
5. 总结
通过本文我们了解了TCP连接的建立机制，以及SYN和ACK标志位在三次握手过程中的作用。整个握手过程确保了客户端和服务端之间能够同步序列号，并建立一个可靠的通信通道。
TCP的这种设计不仅保证了连接的可靠性，也为后续的数据传输奠定了基础。理解三次握手的流程对于排查网络连接问题、优化性能、以及理解底层协议机制非常有帮助。