极简版本的 TCP / IP 协议栈介绍

TCP/IP协议栈采用分层架构，从上层到下层依次为应用层、TCP层（传输层）、IP层（网络层）、数据链路层和物理层，ARP协议与子网掩码作为核心辅助机制，保障通信高效准确。

协议栈核心逻辑为"上层调用下层，下层服务上层"，各层分工如下：

直接面向用户应用，调用TCP层服务，传递关键数据（数据体、目标IP、目标端口），不参与底层传输细节。

负责数据可靠传输，处理端口逻辑，将数据交付IP层，不参与IP寻址。
TCP发起方（如客户端） 会临时分配一个端口，该端口与目标方（如服务器）的监听端口配合，实现TCP连接的双向通信（发起方通过自身端口发送请求、接收响应，确保数据准确回传）。

TCP/IP协议栈核心，承接TCP层请求，添加源/目标 IP 地址，形成 IP 数据报，交付数据链路层；通过ARP协议解析目标MAC地址并传递给数据链路层。
ARP 在功能上服务于 IP 层 ，但 在协议分层中通常归为数据链路层或介于网络层与数据链路层之间。

接收IP层的IP报文和MAC地址，将MAC地址封装到帧头，完成以太网帧封装后交付物理层，不参与MAC地址解析。

将数据链路层的以太网帧转换为电信号（或光、无线信号），通过物理链路传输，不参与任何数据解析与决策。

核心作用是将IP地址解析为MAC地址，为数据链路层封装提供支持。
核心工作流程：「广播查询，单播应答」------IP层 **请求 ARP 模块解析，**广播查询目标IP对应的MAC，目标设备单播回复自身MAC，兼顾准确性与带宽效率。

工作于IP通信的「寻址判定前置阶段」，优先级高于ARP解析，是IP报文发送前的首个逻辑判断。

设备接入网络后，通过手动配置或DHCP自动获取，将「IP+子网掩码+网关」绑定到网络接口（网卡、WLAN口）。

IP层提取目标IP，取出绑定的子网掩码；
对自身IP+子网掩码、目标IP+同一子网掩码分别做按位与运算，得到两个网络地址；
对比网络地址：
1. 相同（同网段）：ARP解析目标IP的MAC，交付数据链路层封装传输；
2. 不同（不同网段）：ARP解析网关MAC，发送给网关由其完成跨网段路由。

TCP/IP完整通信流程：应用层发起请求→TCP层交付IP层→IP层子网掩码判网段、ARP解析MAC→数据链路层封装帧→物理层转电信号传输。
各层分工协作，ARP解决IP转MAC难题，子网掩码解决网段判定难题，共同构成互联网通信基础框架。

网关的核心决策依据是「目标IP所属网段」，结合自身路由表（记录不同网段的转发路径），判断消息需继续在内网流转还是转发至其他网络，核心逻辑与子网掩码的网段判定一致，具体步骤如下：

网关接收消息后，首先提取消息中的「目标IP地址」；
调用自身配置的子网掩码，对「目标IP + 子网掩码」做按位与运算，得到目标网络地址；
将目标网络地址与自身内网网段地址对比，结合路由表判断：
1. 若目标网络地址与内网网段一致（同网段）：决定继续在内网流转，通过ARP协议解析目标IP对应的内网设备MAC地址，将消息转发至该内网设备；
若目标网络地址与内网网段不一致（不同网段）：决定将消息转走，根据路由表找到对应网段的下一跳路由（或公网出口），解析下一跳设备的MAC地址，封装消息后转发，完成跨网段/公网传输。
在典型家用或企业网关中，多个内网物理接口通常连接到同一个内部交换网络（如同一 VLAN），因此仅需在一个逻辑接口上配置一个内网 IP 地址，所有物理端口共享该网段，无需为每个端口单独分配 IP；