在能够使用TCP收发数据前，有一些状态需要同步（比如双方的起始发送序列号ISN）。当双方发送信令，同步完这些状态后，就可以认为TCP连接建立了。所以建立TCP连接的过程也就是同步这些状态的过程，在建立连接的过程中，TCP协议栈要管理的，也就是这些状态。
打开连接
建立TCP连接前，两个主机的IP必须是联通的，所以建立连接的过程其实中两个IP地址之间“打开”连接的过程，双方需要交换的只是一个初始序列号，英文叫ISN（Initial Sequence Number），如下所示：
1: A --> SYN(ISN=111) --> B
2: A <-- ACK(SEQ=112) <-- B
3: A <-- SYN(ISN=211) <-- B
4: A --> ACK(SEQ=212) --> B
- A向B发送自己的ISN 111，这个ISN是SYN这个控制位的序列号；
- 当B收到A发来的SYN之后，把序列号加1（表示SYN已经收到，期待下一个字节），然后通过ACK向A发送确认；
- 和第1步一样，B向A发送自己的ISN。
- 和第2步一样，A向B发送确认ACK。
完成上面的四步，连接就建立完成了。但是如果你仔细观察，发现2和3其实可以合并起来做，于是变成：
1: A --> SYN(ISN=111) --> B
2: A <-- ACK(SEQ=112) SYN(ISN=211) <-- B
3: A --> ACK(SEQ=212) --> B
于是TCP建立连接时候的four-way handshake就变成了three-way handshake。中文一般把这翻译成三次握手，其实不太准确，个人觉得叫三向握手比较准确。
以下是从RFC793中摘抄出来，并简化的TCP连接建立的状态图：
+---------+ ---------\ active OPEN
| CLOSED | \ -----------
+---------+<---------\ \ snd SYN
| \ \
passive OPEN | \ \
V \ \
+---------+ | \
| LISTEN | | |
+---------+ | |
rcv SYN | | |
----------- | | V
+---------+ snd SYN,ACK / +---------+
| |<----------------- | |
| SYN | rcv SYN | SYN |
| RCVD |<-------------------------------------------| SENT |
| | snd ACK | |
| |------------------ ---------------| |
+---------+ rcv ACK of SYN \ / rcv SYN,ACK +---------+
-------------- | | -----------
x | | snd ACK
V V
+---------+
| ESTAB |
+---------+
上图的右侧，走的是TCP连接的active OPEN过程（客户端向服务器发起连接建立请求）；上图的左侧，走的是TCP连接的passive OPEN过程（服务器侦听端口等待客户端连接）。不管是左侧还是右侧，都是从CLOSED状态走到ESTAB（连接建立）状态。需要特别注意的是从SYN SENT到SYN RCVD之间有个箭头，这是为了应付两个主机同时发起TCP连接的情况。就是为了解决在上面four-way handshake建立连接的时候，第2步和第3步互换的情况。
关闭连接
关闭连接的过程和上面上面four-way handshake的过程基本一致，不过不是使用SYN控制位，而是使用FIN控制位：
1: A --> FIN(SEQ=111) --> B
2: A <-- ACK(SEQ=112) <-- B
3: A <-- FIN(SEQ=211) <-- B
4: A --> ACK(SEQ=212) --> B
一个有趣的概念，TCP允许单方关闭连接。也就是说当A发完数据的时候可以向B发送FIN命令，关闭到B的通道；但是此时B还是可以往A发送数据。
以下是从RFC793中摘抄出来，并简化的TCP连接关闭的状态图：
+---------+
| ESTAB |
+---------+
CLOSE | | rcv FIN
------- | | -------
+---------+ snd FIN / \ snd ACK +---------+
| FIN |<----------------- ------------------>| CLOSE |
| WAIT-1 |------------------ | WAIT |
+---------+ rcv FIN \ +---------+
| rcv ACK of FIN ------- | CLOSE |
| -------------- snd ACK | ------- |
V x V snd FIN V
+---------+ +---------+ +---------+
|FINWAIT-2| | CLOSING | | LAST-ACK|
+---------+ +---------+ +---------+
| rcv ACK of FIN | rcv ACK of FIN |
| rcv FIN -------------- | Timeout=2MSL -------------- |
| ------- x V ------------ x V
\ snd ACK +---------+delete TCB +---------+
------------------------>|TIME WAIT|------------------>| CLOSED |
+---------+ +---------+
上图的左侧是主动发送FIN关闭连接的过程（通常是上层的应用调用了close操作），上图的右侧是被动接收FIN关闭的过程（在这过程中TCP需要告知上层应用当前的状况）。因为有半连接的这种中间状态存在，所以左侧有FIN WAIT-1和FIN WAIT-2状态，用于接收对端发送的数据；右侧有CLOSE WAIT状态，用于发送当前还未发送完的数据。
注意，RFC793要求主动关闭连接的那一方等上2MSL（MSL是Maximum Segment Lifetime的意思，指分段在网络中存活的时间，RFC793假设MSL是2分钟），然后再真正关闭连接。也就是为了确保网络中没有此次TCP连接接发的数据存留了，再进行下一次连接操作，这是个非常保守的策略。实际应用的时候可能会根据具体情况调整，参考WikiPedia的MSL页面。
异常处理
上面的两个状态图并没有描述错误处理。 TCP的错误处理比较简单，主要分为两类，一类是收到不该收的数据，另一类是发送数据无应答。
首先是收到不该收的数据的问题。这种情况下，TCP的处理方式是使用RST控制位来重置连接，也就是我们经常会见到的错误显示“connetion reset by peer”，下面是一些例子：
- 发送完SYN，收到的不是ACK
- 发送完SYN，收到的ACK里面的序列号不对
- 收到对方发来的数据，但是连接已经关闭
- ……
第二类是发送数据无应答，也就是数据可能在传输过程丢掉了，或者对方没有给应答。这种情况下TCP需要一个重传的计时器来判断超时：
- 发送SYN，没有收到ACK，计时器超时后重传
- 发送完数据，没有收到ACK，计时器超时后重传
- ……
(完)