编辑“︁TCP IP协议族”︁

{{DISPLAYTITLE:TCP/IP协议族}}

'''TCP/IP协议族'''（Transmission Control Protocol/Internet Protocol Suite）是互联网通信的基础协议集合，定义了数据如何在网络中传输和路由。它不仅包含TCP和IP协议，还涵盖了一系列相关协议（如UDP、ICMP等），构成了现代互联网的通信框架。

== 概述 ==
TCP/IP协议族由美国国防部高级研究计划局（DARPA）在20世纪70年代开发，最初用于ARPANET。其核心设计理念是''分层架构''，通过将复杂功能分解到不同层级实现模块化。协议族分为四层（或五层，根据模型不同）：

<mermaid>
graph TD
    A[应用层] -->|HTTP/FTP/SMTP| B[传输层]
    B -->|TCP/UDP| C[网络层]
    C -->|IP/ICMP| D[网络接口层]
</mermaid>

== 核心协议与功能 ==
=== 1. 网络层（Internet Layer） ===
核心协议：'''IPv4/IPv6'''、'''ICMP'''、'''ARP'''
* '''IP协议'''：无连接的包交换协议，通过IP地址实现主机寻址。数据包结构示例：
  <syntaxhighlight lang="python">
  # Python模拟IP包头结构
  from dataclasses import dataclass
  @dataclass
  class IPHeader:
      version: int = 4          # IPv4
      ihl: int = 5             # 头部长度
      tos: int = 0             # 服务类型
      total_length: int = 0    # 总长度
      identification: int = 0  # 标识符
      flags: int = 0           # 分片标志
      ttl: int = 64            # 生存时间
      protocol: int = 6        # TCP=6, UDP=17
      checksum: int = 0        # 校验和
      src_addr: str = "0.0.0.0"
      dst_addr: str = "0.0.0.0"
  </syntaxhighlight>

=== 2. 传输层（Transport Layer） ===
核心协议：'''TCP'''、'''UDP'''
{| class="wikitable"
|+ TCP vs UDP对比
! 特性 !! TCP !! UDP
|-
| 连接方式 || 面向连接 || 无连接
|-
| 可靠性 || 可靠传输（确认/重传） || 尽力交付
|-
| 流量控制 || 滑动窗口机制 || 无
|-
| 典型应用 || HTTP/HTTPS、SSH || DNS、视频流
|}

=== 3. 应用层（Application Layer） ===
常见协议：
* '''HTTP/HTTPS'''：网页传输
* '''FTP'''：文件传输
* '''DNS'''：域名解析
* '''SMTP/POP3'''：电子邮件

== 关键机制详解 ==
=== TCP三次握手 ===
建立可靠连接的过程：
<mermaid>
sequenceDiagram
    participant Client
    participant Server
    Client->>Server: SYN (seq=x)
    Server->>Client: SYN-ACK (seq=y, ack=x+1)
    Client->>Server: ACK (seq=x+1, ack=y+1)
</mermaid>

数学建模：设初始序列号为<math>X</math>和<math>Y</math>，则确认号为<math>ack = seq_{received} + 1</math>

=== IP路由过程 ===
路由表查询示例（Linux）：
<syntaxhighlight lang="bash">
$ route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.1.1     0.0.0.0         UG    100    0        0 eth0
192.168.1.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 eth0
</syntaxhighlight>

== 实际应用案例 ==
'''案例1：网页访问过程'''
1. DNS查询（UDP 53端口）
2. TCP三次握手建立HTTPS连接
3. HTTP请求/响应传输
4. TCP四次挥手断开连接

'''案例2：视频会议系统'''
* 使用UDP传输实时视频流（容忍丢包但要求低延迟）
* 同时使用TCP传输控制信令（如参会者列表变更）

== 常见问题 ==
{{Q&A
|问题1=为什么TCP需要三次握手而不是两次？
|答案1=主要防止历史重复连接初始化造成的资源浪费。如果只有两次握手，网络延迟导致的重传SYN可能被服务器误认为新连接请求。
|问题2=IPv6相比IPv4的主要改进？
|答案2=1) 地址空间从32位扩展到128位 2) 简化头部结构 3) 原生支持IPsec 4) 改进多播和任播支持
}}

== 进阶知识 ==
* '''MTU与分片'''：以太网默认MTU=1500字节，超过时需要分片传输
* '''NAT穿透'''：解决私有IP与公网IP映射问题
* '''QoS机制'''：通过TOS字段实现流量优先级控制

[[Category:计算机网络]]
[[Category:TCP/IP协议族]]

[[Category:计算机科学]]
[[Category:面试技巧]]