傳輸控制協定 (Transmission Control Protocol, TCP) 不像 UDP，
TCP 是一種 連接導向 (connection-oriented) 的通訊協定，
三向交握 (Three-way Handshake)， 是其建立虛擬連線 (virtual connection) 的方式。
 
又稱為 三向式握手、三路交握 …，其實就是 三次訊息的交換。
 

三向交握 (Three-way Handshake)

三向交握 (Three-way Handshake) 常簡略表示為：
 

 
 
其中 SYN、ACK 是 TCP 封包中的 控制位元 (Control Bits)，
過程中省略了其他封包內容，例如：

(數值只為範例，不代表實際情形，為避免爭議，使用的是官方的範例數值)
 
 

範例說明：先寄三個編號包裹

想像 Alice 與 Bob 準備互寄重要的東西，但他們不會一開始就把東西塞進管道。因為他們都怕：

• 「我明明寄了，你卻完全沒收到。」（封包可能遺失；某個方向的路徑或防火牆也可能不通。）
• 「你手上的這包，是剛寄的，還是上次卡在路上、現在才飄來的舊包裹？」（封包可能延遲、重複，或屬於舊連線。）
• 「我收到了你的回覆，但你真的知道我收到了嗎？」（只確認單向可達還不夠，雙方都要建立相同的連線狀態。）

 
所以他們先寄三個空的編號包裹。包裹外面有寄件編號（TCP header 的 sequence number）；裡面可裝東西（payload），也可以是空的。
 

1. Alice 寄出藍色包裹 100，內容通常為空：
   「我這邊準備從 100 開始寄。」
   SYN, SEQ=100
2. Bob 收到後，寄回黃色包裹 300：
   「100 收到；你下次請寄 101。我這邊從 300 開始。」
   SYN+ACK, SEQ=300, ACK=101
3. Alice 收到後，寄出藍色包裹：
   「300 收到；你下次請寄 301。」
   ACK, SEQ=101, ACK=301

 
完成第三步時，Alice 已知道 Bob 能收；Bob 收到第三步後，也知道 Alice 收到了自己的回覆。兩邊的 TCP 狀態才都進入 ESTABLISHED。
 

教學圖通常把前三個包裹畫成空的，方便看清 SYN、ACK 與編號。這不是協定限制：SYN 可以攜帶資料，而第三個 ACK 也可以順便帶第一份資料。

TCP 表頭格式 (TCP Header Format)

 
有了基本概念後，再看 TCP 的封包格式，便能快速上手！
控制位元 (Control Bits) 不過是 0 與 1 的切換 😀。
 
 

SYN (Synchronize sequence numbers)

• 用於連線建立期間同步序列號；第一個 SYN 是請求，SYN+ACK 也同樣帶有 SYN。
• SYN 本身會消耗一個序列號；它通常不帶資料，但協定允許攜帶。

ACK (Acknowledgment field significant)

• 如果有設置，使 確認號欄位 有效。

Sequence Number (序列號)

相當於上例的 漫畫 “集數”：

• 如果 SYN 控制符 未設置，則為此區段第一個資料位元組 (octet) 的序列號。
• 如果 SYN 控制符 已設置，則此為初始序列號 (initial sequence number , ISN)，
  第一個資料位元組 (octet) 的序列號為 ISN + 1。
• 每個藉由 TCP 連線傳送的資料的位元組，都會有一個序列號。

 
更多介紹，詳見 TCP 序列號 (Sequence Number, SEQ)。
 
 

Acknowledgment Number (確認號)

• 當確認連線後(已設置 ACK)，這邊存放想要接收的 Seq 順序號。
• 一旦連線建立，則每次都需送出。

 
更多介紹，詳見 TCP 錯誤控制 (Error Control)。
 

資料區段 (Segment)

值得一提的是:
許多人誤解了三向式握手的 確認號 (ACK Number)，
以為就是拿對方的 序列號 (Sequence Number) 再加 1 。
而忽略了 TCP Segment (資料區段) 的 資料長度 (Len)。
 
 
TCP Segment（資料區段） 是由 TCP header、可選 options，以及零或多個資料位元組組成，並由 IP datagram 承載。為了方便溝通，日常常說「TCP 封包」；但討論 TCP 語意時，使用 segment 更精確。
 
在最簡化的三向交握中，三個 segment 的 payload length 都是 0；但 SYN 仍消耗一個序列號，所以才會看到 ACK=SEQ+1。
 
更完整的規則是：

ACK Number = SEG.SEQ
           + payload length
           + (SYN ? 1 : 0)
           + (FIN ? 1 : 0)

 
因此，若第三步 ACK 順便攜帶 87 bytes 的資料，下一個 ACK 會在 Alice 的 SEQ=101 基礎上期待 188；不是永遠只加 1。
 
詳見 RFC 9293
 
三向交握範例