TCP/IP協(xié)議族

TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議棧分為應用層（Application）、傳輸層（ Transport）、網(wǎng)絡層（Network）和鏈路層（Link）四層。

1.數(shù)據(jù)鏈路層

實現(xiàn)了網(wǎng)卡接口的網(wǎng)絡驅(qū)動程序。

協(xié)議：ARP協(xié)議和RARP協(xié)議

ARP協(xié)議：目標機器IP地址—（ARP協(xié)議）→ 目標機器MAC地址→ 目標機器

RARP協(xié)議：（無盤工作站）MAC地址—（RARP協(xié)議）→IP地址

2.網(wǎng)絡層

實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的選路和轉發(fā)。負責點對點（point to point）的傳輸（“點”：主機或路由器）。網(wǎng)絡層向上層協(xié)議隱藏了網(wǎng)絡拓撲連接的細節(jié)，在傳輸層和應用層看來通信雙方是直接相連的。

協(xié)議：IP協(xié)議，ICMP協(xié)議。

IP協(xié)議根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的IP地址來決定如何投遞它。如果數(shù)據(jù)包不能直接發(fā)給目的主機，那么IP協(xié)議就為它尋找合適的下一跳路由器，并將數(shù)據(jù)包交付給該路由器來轉發(fā)。IP協(xié)議使用逐跳的方式確定通信路徑。

ICMP協(xié)議是IP協(xié)議重要的補充，用于檢測網(wǎng)絡連接。

3.傳輸層

傳輸層為兩臺主機上的應用程序提供端到端（end to end）的通信。傳輸層只關心通信的起始端和目的端，而不在乎數(shù)據(jù)包的中轉過程。

協(xié)議：TCP協(xié)議、UDP協(xié)議、SCTP協(xié)議

TCP是一種面向連接的，開放的協(xié)議，有點像打電話，雙方拿起電話互通身份后就建立了連接，然后說話就行了，這邊說話那邊保證聽得到，并且是按說話的順序聽到的，說完話掛機斷開連接。也就是說TCP傳輸?shù)碾p方需要首先建立連接，之后由TCP協(xié)議保證數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性，丟失的數(shù)據(jù)包自動重發(fā)，上層應用程序收到的總是可靠的數(shù)據(jù)流，通訊之后關閉連接。

UDP協(xié)議不面向連接，也不保證可靠性，有點像寄信，寫好信放進郵筒里，既不能保證信件在郵遞過程中不會丟失， 也不能保證信件是按順序寄到目的地的。使用UDP協(xié)議的應用程序需要自己完成丟包重發(fā)、消息排序等工作。

SCTP協(xié)議是為了在因特網(wǎng)上傳輸電話信號而設計的。

4.應用層

負責處理應用程序的邏輯

應用層協(xié)議（或程序）可能跳過傳輸層直接使用網(wǎng)絡層提供的服務，比如ping程序和OSPF協(xié)議。

應用層協(xié)議（或程序）通常既可以使用TCP服務，又可以使用UDP服務，比如DNS協(xié)議。

TCP/IP數(shù)據(jù)包的封裝

以太網(wǎng)幀使用6字節(jié)（48位）的目的物理地址和6字節(jié)（48位）的源物理地址（MAC地址）來表示通信的雙方。

協(xié)議類型字段有三種值，分別對應IP、ARP、RAPP。

以太網(wǎng)幀的數(shù)據(jù)長度規(guī)定最小46字節(jié)，最大1500字節(jié)，ARP和RARP數(shù)據(jù)包的長度不夠46字節(jié)，要在后面補充填位。最大值1500稱為以太網(wǎng)最大傳輸單元（MTU），不同的網(wǎng)絡類型有不同的MTU，如果一個數(shù)據(jù)包從以太網(wǎng)路由到撥號鏈路上，數(shù)據(jù)包的長度大于撥號鏈路的MTU，則需要對數(shù)據(jù)包進行分片（fragment）傳輸。

幀末尾的4字節(jié)CRC字段對幀的其他部分提供循環(huán)冗余校驗。

幀才是最終在網(wǎng)絡上傳送的字節(jié)序列。

TCP/IP數(shù)據(jù)包跨路由器通訊過程

數(shù)據(jù)鏈路層（驅(qū)動程序）封裝了物理網(wǎng)絡的電氣細節(jié)；

網(wǎng)絡層封裝了網(wǎng)絡連接的細節(jié)；

傳輸層則為應用程序封裝了一條端對端的邏輯通信鏈路，它負責數(shù)據(jù)的收發(fā)、鏈路的超時重連等。

分用

 當幀到達目的主機時 ，將沿著協(xié)議棧自底向上依次傳遞。各層協(xié)議依次處理幀中本層負責的頭部數(shù)據(jù)，以獲取所需的信息，并將處理后的幀交給目的應用程序。這個過程稱為分用（ demultiplexing）。

分用是依靠頭部信息中的類型字段實現(xiàn)的。

整理自《Linux高性能服務器編程》第1章，《Linux C一站式學習》第36章