TCP/IP

TCP/IP（Transmission Control Protocol / Internet Protocol，传输控制协议 / 网际协议）是互联网的核心通信协议簇，并非单一协议，而是一套用于实现设备间跨网络通信的规则集合，定义了数据如何在网络中传输、寻址、封装和接收，所有接入互联网的设备（电脑、手机、服务器等）都遵循这套标准。

类比理解：TCP/IP 就像全球通用的 “快递物流体系”——IP 负责 “定位收件地址”（设备寻址），TCP 负责 “确保包裹完好、有序送达”（数据可靠传输），二者协同完成数据从源设备到目标设备的完整传递。

TCP/IP 协议簇的分层结构（4层）

TCP/IP 采用 “分层设计”，每一层负责特定功能，层与层之间通过 “接口” 协作，上层依赖下层提供的服务，下层为上层屏蔽细节（核心优势：模块化，便于维护和扩展）。从下到上分为 4 层，每层对应核心协议如下：

1. 网络接口层（最底层，链路层）

• 核心功能：负责物理传输（将数据转化为电信号 / 光信号），处理设备与局域网的连接（如网卡、交换机），定义数据在 “本地链路”（同一局域网）的传输规则。
• 核心协议 / 技术：以太网（Ethernet）、Wi-Fi、PPP（拨号上网）、MAC 地址（设备物理地址）。
• 类比：快递的 “小区内配送”，负责将包裹从快递站送到小区门口。

2. 网络层（核心层，寻址与路由）

• 核心功能：负责跨网络寻址和路由转发—— 确定数据从源网络到目标网络的 “最佳路径”，解决 “不同局域网之间如何通信” 的问题。
• 核心协议：
  • IP（网际协议）：最核心，给每台联网设备分配唯一的 “IP 地址”（如 192.168.1.1），相当于设备的 “网络身份证”，用于定位设备所在网络。
  • ICMP（互联网控制消息协议）：辅助 IP，用于检测网络连通性（如 ping 命令就是基于 ICMP）、报告错误（如数据丢失）。
  • ARP（地址解析协议）：将 IP 地址转化为 MAC 地址（因为网络接口层只认识 MAC 地址）。
• 类比：快递的 “跨城市运输”，负责将包裹从北京快递站转发到上海快递站，确定运输路线。

3. 传输层（可靠传输层）

• 核心功能：负责端到端的可靠数据传输，解决 “数据传输过程中丢失、错乱、重复” 的问题，同时控制数据传输速率（流量控制）。
• 核心协议（两大核心，二选一使用）：
  • TCP（传输控制协议）：面向连接、可靠、有序（核心特点）。
    • 工作逻辑：传输前先建立连接（三次握手），传输中确认数据接收（ACK 应答），丢失数据自动重传，传输结束后释放连接（四次挥手）。
    • 适用场景：对可靠性要求高的场景（网页浏览、文件传输、聊天消息、邮件）。
  • UDP（用户数据报协议）：无连接、不可靠、无序，但传输速度快、开销小。
    • 工作逻辑：无需建立连接，直接发送数据，不确认接收、不重传丢失数据。
    • 适用场景：对实时性要求高、可容忍少量数据丢失的场景（视频通话、直播、游戏、DNS 查询）。
• 类比：TCP = 顺丰快递（上门取件、确认签收、丢件补发），UDP = 普通平邮（直接投递、不确认签收、速度快）。

4. 应用层（最上层，用户交互层）

• 核心功能：为具体应用程序提供通信接口，定义应用层面的数据格式和交互规则（用户直接接触的功能，都依赖这一层）。
• 核心协议（日常高频）：
  • HTTP/HTTPS：网页浏览（如打开百度、知乎）。
  • FTP/SFTP：文件传输（上传、下载文件）。
  • SMTP/POP3/IMAP：邮件发送与接收。
  • DNS：域名解析（将www.baidu.com转化为 IP 地址，因为网络层只认识 IP）。
  • SSH：远程登录（如 Linux 服务器远程管理）。
  • Telnet：老式远程登录（安全性低，现在少用）。
• 类比：快递的 “用户收发件”，比如你在淘宝下单（应用），商家发货、你签收（应用层交互）。

TCP/IP 的核心工作流程

1. 应用层：你打开浏览器输入www.baidu.com，浏览器调用 HTTP 协议，向百度服务器发起 “请求网页” 的指令。
2. 传输层：HTTP 协议将请求数据交给 TCP，TCP 对数据进行分段、封装，建立与百度服务器的 TCP 连接（三次握手），确保数据可靠传输。
3. 网络层：TCP 数据交给 IP，IP 给数据封装上 “源 IP（你的电脑 IP）” 和 “目标 IP（百度服务器 IP）”，通过 ICMP、路由协议找到从你的电脑到百度服务器的最佳路径。
4. 网络接口层：IP 数据交给网卡，转化为电信号，通过 Wi-Fi / 网线传输到路由器，再逐级转发到百度服务器所在的网络。
5. 反向流程：百度服务器接收数据后，从下到上逐层解封装，最终通过 HTTP 协议返回网页数据，再通过 TCP/IP 传回你的电脑，浏览器渲染网页。

握手：

1. TCP 三次握手（建立连接）：

   • 第一次：客户端→服务器，发送 SYN（同步）报文，请求建立连接。
   • 第二次：服务器→客户端，发送 SYN+ACK（同步 + 确认）报文，确认接收并请求同步。
   • 第三次：客户端→服务器，发送 ACK（确认）报文，连接建立完成。
   • 核心目的：确保双方 “发送能力” 和 “接收能力” 都正常，避免无效连接。

2. TCP 四次挥手（释放连接）：

   • 第一次：客户端→服务器，发送 FIN（结束）报文，告知 “我要关闭发送通道”。
   • 第二次：服务器→客户端，发送 ACK 报文，确认接收 “关闭请求”。
   • 第三次：服务器→客户端，发送 FIN 报文，告知 “我也关闭发送通道”。
   • 第四次：客户端→服务器，发送 ACK 报文，确认接收，连接释放。
   • 核心目的：确保双方都已完成数据传输，避免数据丢失（因为 TCP 是双向传输，需要双向关闭）。