TCP/IP 协议栈深度解析：互联网的神经系统

[1. 为什么是 4 层？（模型架构）](#1. 为什么是 4 层？（模型架构）)

[2. 逐层拆解：数据的一生](#2. 逐层拆解：数据的一生)

[第一层：应用层 (Application Layer) ------ "我要发什么"](#第一层：应用层 (Application Layer) —— "我要发什么")

[第二层：传输层 (Transport Layer) ------ "怎么发过去"](#第二层：传输层 (Transport Layer) —— "怎么发过去")

[第三层：网络层 (Internet Layer) ------ "往哪里走"](#第三层：网络层 (Internet Layer) —— "往哪里走")

[第四层：网络接口层 (Network Interface Layer) ------ "物理传输"](#第四层：网络接口层 (Network Interface Layer) —— "物理传输")

[3. 核心机制深度剖析](#3. 核心机制深度剖析)

[A. 数据的"俄罗斯套娃"：封装与解封装](#A. 数据的“俄罗斯套娃”：封装与解封装)

[B. TCP 的三次握手 (Three-Way Handshake)](#B. TCP 的三次握手 (Three-Way Handshake))

[C. TCP 的四次挥手 (Four-Way Wave)](#C. TCP 的四次挥手 (Four-Way Wave))

[4. 总结](#4. 总结)

如果把互联网比作一个巨大的物流网络，那么 TCP/IP 协议栈 就是这套网络中至高无上的"物流管理法则"。它规定了数据如何打包、如何寻找路径、如何确认签收以及丢失了该怎么办。

虽然我们常说 "TCP/IP"，但它不仅仅指 TCP 和 IP 这两个协议，而是一个由不同层次、多个协议组合而成的协议族 (Protocol Suite)。

在计算机网络教材中，我们常看到 OSI 七层模型 （理论标准），但在实际工业界和互联网中，运行的是 TCP/IP 四层模型（事实标准）。

理解这两者的对应关系是深入学习的第一步：

TCP/IP 四层模型	对应 OSI 七层模型	核心功能	常见协议	数据单位
应用层 (Application)	应用层、表示层、会话层	处理用户数据、编码与会话	HTTP, DNS, FTP, SSH	消息 (Message)
传输层 (Transport)	传输层	端到端的通信、可靠性/速率控制	TCP, UDP	段 (Segment) / 数据报
网络层 (Internet)	网络层	寻址 (IP地址) 与路由选择	IP, ICMP, ARP	包 (Packet)
网络接口层 (Link)	数据链路层、物理层	物理介质传输、MAC寻址	Ethernet, Wi-Fi	帧 (Frame)

让我们模拟一个场景：你在浏览器输入 www.google.com 并回车。数据是如何在协议栈中流转的？

这是离用户最近的一层。你的浏览器（客户端）生成了一个 HTTP 请求报文。

核心职责：规定应用程序之间如何沟通（格式、字符集等）。
关键协议：
- HTTP/HTTPS：网页浏览。
- DNS：将域名解析为 IP 地址（像电话本一样）。
- SMTP/POP3：邮件传输。

应用层把数据交给传输层。这里面临一个选择：是追求可靠（TCP），还是追求速度（UDP）？

TCP (传输控制协议)：
- 特点：面向连接、可靠、有顺序。
- 机制：通过"三次握手"建立连接，通过"确认应答(ACK)"和"重传机制"保证数据不丢。
- 场景：网页、文件传输、邮件。
UDP (用户数据报协议)：
- 特点：无连接、不可靠、速度快。
- 场景：视频直播、DNS 查询、实时游戏。

在此层，数据被加上了 TCP/UDP 头部 （包含源端口和目的端口），变成了 "数据段 (Segment)"。

传输层只管两端（你和服务器），而网络层负责在复杂的网络迷宫中找到路径。在此层，数据段被加上了 IP 头部 （包含源 IP 和目的 IP），变成了 "数据包 (Packet)"。

这是数据离开电脑前的最后一站。数据包被封装上 MAC 头部 和帧尾，变成了 "数据帧 (Frame)"。网卡将这些二进制数字转换为电信号、光信号或无线电波，发送到网线或空气中。

数据在发送端从上往下走，每经过一层就"穿一件衣服"（添加 Header）；在接收端从下往上走，每经过一层就"脱一件衣服"。这个过程称为封装 (Encapsulation) 和 解封装 (Decapsulation)。

这是面试中的必考题，也是 TCP 可靠性的基石。为什么建立连接需要三次？

核心目的 ：不仅仅是建立连接，更重要的是同步双方的初始序列号 (ISN)，防止历史脏数据干扰连接。

断开连接比建立连接更麻烦，需要四步。为什么？因为 TCP 是全双工 (Full Duplex) 的。

Client -> FIN：我发完数据了，我要关闭发送通道。
Server -> ACK ：知道了。（此时 Client -> Server 断开，但 Server -> Client 还能发数据，处于 CLOSE_WAIT 状态）。
Server -> FIN：我也发完了，我也要关闭。
Client -> ACK：知道了，再见。（连接彻底断开）。

TCP/IP 协议栈之所以能统治互联网，在于其分层解耦的设计思想：

这种设计使得互联网极具弹性，无论上层应用如何创新（从文字到 VR），底层物理介质如何升级（从铜线到光纤），中间的核心架构依然稳如泰山。