TCP/IP協議族

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

1.數據鏈路層

實現了網卡接口的網絡驅動程序。

協議：ARP協議和RARP協議

ARP協議：目標機器IP地址—（ARP協議）→ 目標機器MAC地址→ 目標機器

RARP協議：（無盤工作站）MAC地址—（RARP協議）→IP地址

2.網絡層

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

協議：IP協議，ICMP協議。

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

ICMP協議是IP協議重要的補充，用于檢測網絡連接。

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，而不在乎數據包的中轉過程。

協議：TCP協議、UDP協議、SCTP協議

TCP是一種面向連接的，開放的協議，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傳輸的雙方需要首先建立連接，之后由TCP協議保證數據收發的可靠性，丟失的數據包自動重發，上層應用程序收到的總是可靠的數據流，通訊之后關閉連接。

UDP協議不面向連接，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協議的應用程序需要自己完成丟包重發、消息排序等工作。

SCTP協議是為了在因特網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

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

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

TCP/IP數據包的封裝

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

協議類型字段有三種值，分別對應IP、ARP、RAPP。

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

幀末尾的4字節CRC字段對幀的其他部分提供循環冗余校驗。

幀才是最終在網絡上傳送的字節序列。

TCP/IP數據包跨路由器通訊過程

數據鏈路層（驅動程序）封裝了物理網絡的電氣細節；

網絡層封裝了網絡連接的細節；

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

分用

 當幀到達目的主機時 ，將沿著協議棧自底向上依次傳遞。各層協議依次處理幀中本層負責的頭部數據，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