协议栈实现TCP/IP：从数据到网络的旅程
每天打开网页、刷视频、发消息，背后都离不开TCP/IP协议。但很少有人真正关心，这些数据是怎么一层层封装、传输、再解开的。其实，这一切的核心就是协议栈——操作系统里那个默默工作的“快递分拣中心”。
想象一下你寄一个包裹，得写地址、打包、贴单子、过安检、上车运输。网络数据也一样，从应用程序发出，要经过多个层级处理，最终变成电信号在网线或无线中跑。这个过程，靠的就是协议栈对TCP/IP的实现。
协议栈长什么样？
常见的TCP/IP协议栈分为四层：应用层、传输层、网络层、链路层。每一层各司其职，上层把数据交给下层，下层加上自己的“标签”（也就是头部信息），然后传给再下一层。
比如你在浏览器输入网址，HTTP请求先交给TCP层。TCP会给它加上源端口、目标端口、序列号等信息，形成TCP段；接着交给IP层，加上源IP和目标IP，变成IP包；最后交给链路层，比如以太网，加上MAC地址，封装成帧，扔进网络。
代码里的协议栈雏形
虽然完整的协议栈复杂，但核心逻辑可以用简单代码模拟。下面是一个极简的TCP报文头构造示例：
struct tcp_header {
unsigned short src_port; // 源端口
unsigned short dst_port; // 目标端口
unsigned int seq_num; // 序列号
unsigned int ack_num; // 确认号
unsigned char data_offset; // 数据偏移
unsigned char flags; // 标志位（SYN, ACK等）
unsigned short window; // 窗口大小
unsigned short checksum; // 校验和
unsigned short urgent_ptr; // 紧急指针
};这段结构体定义了TCP头部的基本字段。实际系统中，协议栈会动态填充这些值，并计算校验和，确保数据完整。收到数据时，则逆向解析，层层剥开，把原始内容交给对应的应用程序。
操作系统怎么管理连接？
Linux内核用socket作为接口，让应用与协议栈交互。每次调用connect()或listen()，内核就在后台维护一个连接状态表。比如用netstat查看，能看到大量ESTABLISHED、TIME_WAIT状态的连接。
这些状态不是凭空来的。TCP三次握手时，协议栈要保存临时信息；断开连接后的TIME_WAIT，是为了防止旧数据包干扰新连接。看似“浪费”，实则是稳定性的代价。
运维中常遇到“端口耗尽”的问题，其实就是协议栈管理的连接池满了。调整内核参数如net.ipv4.ip_local_port_range或tcp_tw_reuse，本质上是在调节协议栈的行为。
抓包看协议栈的实际工作
用tcpdump抓一次HTTP请求，你会看到一连串数据包：先是SYN，再是SYN-ACK，然后ACK，接着才是带HTTP头的数据包。这一来一回，全是协议栈自动完成的。
中间如果丢包，协议栈会重传；如果网络拥堵，它会动态调小发送窗口。这些机制藏在代码深处，用户感知不到，但决定了网络体验的流畅与否。
理解协议栈如何实现TCP/IP，不只是为了应付面试。当你排查延迟高、连接失败、吞吐上不去的问题时，脑子里有这幅图，就能更快定位是哪一层出了状况。是应用发得太慢？还是TCP重传太多？抑或是IP路由不对？
下次看到网络卡顿，别急着骂运营商。说不定，是你服务器上的协议栈正忙着处理成千上万的连接，喘不过气。