#TCP/IP协议族
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##分层（概述）
###链路层：
也可以称作**数据链路层**或者**网络接口层**，通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆（或者其他传输媒介）的物理接口细节。
###网络层：
**处理分组在网络中的活动**。在TCP/IP协议族中，网络层协议包括**IP**，**ICMP**，**IGMP**。
###运输层：
也可以叫**传输层**。主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。TCP/IP协议族中有两个：TCP和UDP。
TCP
提供可靠的传输，应用层不用负责。
UDP
不保证到达，可靠性由应用层负责。
###应用层
负责处理特定的应用程序细节。
例如：Telnet,FTP,SMTP,SNMP。
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##链路层
目的：
1.接收和发送IP数据报
2.接收ARP应答和发送ARP请求
3.接收RARP应答和发送RARP请求
###SLIP （Serial Line IP） 串行线路IP
它是一种在串行线路上对IP数据报进行封装的简单形式。
SLIP协议定义的帧格式：
**1.**IP数据报以一个称作**END（0xc0）**的特殊字符结束。同时，为了防止数据报到来之前的线路噪声被当成数据报内容，大多数在数据报的开始处也传一个END字符（如果有线路噪声，那么END字符将结束这份错误的报文。这样当前的报文得以正确地传输，而前一个错误报文交给上层后，会发现其内容毫无意义而被丢弃）。
**2.**如果IP报文中某个字符为END，那么就要连续传输两个字节0xdb和0xdc来取代它。0xdb这个特殊字符被称作SLIP的ESC字符，**但是它的值与ASCII码的ESC字符（0x1b）不同。**
**3.**如果IP报文中某个字符为SLIP的ESC字符，那么就要连续传输两个字节 0xdb和0xdd来取代它。
缺陷：
1) 每一端必须知道对方的I P地址。没有办法把本端的IP地址通知给另一端。
2) 数据帧中没有类型字段（类似于以太网中的类型字段）。如果一条串行线路用于SLIP，
那么它不能同时使用其他协议。
3)SLIP没有在数据帧中加上检验和（类似于以太网中的CRC字段）。如果SLIP传输的报文被线路噪声影响而发生错误，只能通过上层协议来发现（另一种方法是，新型的调制解调器可以检测并纠正错误报文）。
###PPP:点对点协议
主要包括：
1) 在串行链路上封装IP数据报的方法。PPP既支持数据为8位和无奇偶检验的**异步模式**
（如大多数计算机上都普遍存在的串行接口） ，还支持面向比特的同步链接。
2) 建立、配置及测试数据链路的**链路控制协议**（LCP：Link Control Protocol） 。它允许通信双方进行协商，以确定不同的选项。
3) 针对不同网络层协议的**网络控制协议**（NCP：Network Control Protocol）体系。当前RFC定义的网络层有IP、OSI网络层、DECnet以及AppleTalk。
总的来说，PPP比SLIP具有下面这些优点：(1) PPP支持在单根串行线路上运行多种协议，
不只是IP协议；(2) 每一帧都有循环冗余检验； (3) 通信双方可以进行IP地址的动态协商(使用IP网络控制协议)；(4) 与CSLIP类似，对TCP和IP报文首部进行压缩； (5) 链路控制协议可以对多个数据链路选项进行设置。为这些优点付出的代价是在每一帧的首部增加 3个字节，当建立链路时要发送几帧协商数据，以及更为复杂的实现。
###最大传输单元MTU
以太网和802.3对数据帧的长度都有一个限制，其最大值分别是1500和1492字节。链路层的这个特性称作MTU，最大传输单元。不同类型的网络大多数都有一个上限。
###路径MTU
当在同一个网络上的两台主机互相进行通信时，该网络的MTU是非常重要的。但是如果
两台主机之间的通信要通过多个网络，那么每个网络的链路层就可能有不同的MTU。重要的不是两台主机所在网络的MTU的值，重要的是两台通信主机路径中的最小MTU。它被称作路径MTU。
两台主机之间的路径MTU不一定是个常数。它取决于当时所选择的路由。而选路不一定是对称的（从A到B的路由可能与从B到A的路由不同） ，因此路径MTU在两个方向上不一定是一致的。
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##IP:网际协议
IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。所有的TCP,UDP,ICMP,IGMP都是以IP数据报格式传输的。
IP提供不可靠、无连接的数据报传输。
不可靠：不保证IP数据报能成功到达目的地。
无连接:每个数据报都是独立传输的，IP不维护后续数据报的状态信息。
###IP首部
20字节
**版本号**:IPv4、IPv6
首部长度
单位是4个字节
有4位，所以首部最长60字节（4位=15 15*4=60）
**服务类型**4bit分别代表最小时延、最大吞吐量、最高可靠性、最小费用。
**总长度字段**是指整个IP数据报的长度，以字节为单位，利用首部长度字段和总长度字段，就可以知道I P数据报中数据内容的起始位置和长度。由于该字段长16比特，所以IP数据报最长可达65535字节。（大多数的链路层都会对它进行分片。而且，主机也要求不能接收超过 5 7 6字节的数据报。）
总长度字段是I P首部中必要的内容，因为一些数据链路（如以太网）需要填充一些数据
以达到最小长度。尽管以太网的最小帧长为 4 6字节，但是I P数据可能会更短。如
果没有总长度字段，那么I P层就不知道4 6字节中有多少是I P数据报的内容。
**标识字段**唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加 1。
**TTL（time - to - live）生存时间字段**设置了数据报可以经过的最多路由器数。它指定了数据报的生存时间。TTL的初始值由源主机设置（通常为32或64） ，一旦经过一个处理它的路由器，
它的值就减去1。当该字段的值为 0时，数据报就被丢弃，并发送 ICMP报文通知源主机。
**首部检验和字段**是根据IP首部计算的检验和码。它不对首部后面的数据进行计算。 ICMP、
IGMP、UDP和TCP在它们各自的首部中均含有同时覆盖首部和数据检验和码。
为了计算一份数据报的 IP检验和，首先把检验和字段置为 0。然后，对首部中每个16bit进行二进制反码求和（整个首部看成是由一串 16 bit的字组成） ，结果存在检验和字段中。当收到一份I P数据报后，同样对首部中每个 16 bit进行二进制反码的求和。由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的检验和，因此，如果首部在传输过程中没有发生任何差错，那么接收方计算的结果应该为全 1。如果结果不是全1（即检验和错误） ，那么I P就丢弃收到的数据报。但是不生成差错报文，由上层去发现丢失的数据报并进行重传。
最后一个字段是**任选项**，是数据报中的一个可变长的可选信息。目前，这些任选项定义
如下：
• 安全和处理限制（用于军事领域，详细内容参见 RFC 1108[Kent 1991]）
• 记录路径（让每个路由器都记下它的 I P地址）
• 时间戳（让每个路由器都记下它的 I P地址和时间）
• 宽松的源站选路（为数据报指定一系列必须经过的 I P地址）
• 严格的源站选路（与宽松的源站选路类似，但是要求只能经过指定的这些地址，不能
经过其他的地址） 。
这些选项很少被使用，并非所有的主机和路由器都支持这些选项。
选项字段一直都是以 32 bit作为界限，在必要的时候插入值为 0的填充字节。这样就保证
I P首部始终是32 bit的整数倍（这是首部长度字段所要求的） 。
###IP路由选择
从概念上说，I P路由选择是简单的，特别对于主机来说。如果目的主机与源主机直接相
连（如点对点链路）或都在一个共享网络上（以太网或令牌环网） ，那么I P数据报就直接送到目的主机上。否则，主机把数据报发往一默认的路由器上，由路由器来转发该数据报。大多数的主机都是采用这种简单机制。
在一般的体制中，IP可以从TCP、UDP、ICMP 和 IGMP接收数据报（即在本地生成的数据报）并进行发送，或者从一个网络接口接收数据报（待转发的数据报）并进行发送。 IP层在内存中有一个路由表。当收到一份数据报并进行发送时，它都要对该表搜索一次。当数据报来自某个网络接口时，IP首先检查目的IP地址是否为本机的IP地址之一或者IP广播地址。如果确实是这样，数据报就被送到由 IP首部协议字段所指定的协议模块进行处理。如果数据报的目的不是这些地址，那么如果IP层被设置为路由器的功能，那么就对数据报进行转发（也就是说，像下面对待发出的数据报一样处理）；否则数据报被丢弃。
**路由表**中的每一项都包含下面这些信息：
•**目的IP地址**。它既可以是一个完整的主机地址，也可以是一个网络地址，由该表目中的标志字段来指定。主机地址有一个非0的主机号，以指定某一特定的主机，而网络地址中的主机号为0，以指定网络中的所有主机（如以太网，令牌环网） 。
•**下一站（或下一跳）路由器（ next-hop router）的IP地址，或者有直接连接的网络 IP地址**。下一站路由器是指一个在直接相连网络上的路由器，通过它可以转发数据报。下一站路由器不是最终的目的，但是它可以把传送给它的数据报转发到最终目的。
•**标志**。其中一个标志指明目的IP地址是网络地址还是主机地址，另一个标志指明下一站路由器是否为真正的下一站路由器，还是一个直接相连的接口。
•**为数据报的传输指定一个网络接口**。
IP路由选择是逐跳地（hop - by - hop）进行的。从这个路由表信息可以看出， IP并不知道到达任何目的的完整路径（当然，除了那些与主机直接相连的目的） 。所有的IP路由选择只为数据报传输提供下一站路由器的 IP地址。它假定下一站路由器比发送数据报的主机更接近目的，而且下一站路由器与该主机是直接相连的。
**IP路由选择**主要完成以下这些**功能**：
1) 搜索路由表，寻找能与目的 IP地址完全匹配的表目（网络号和主机号都要匹配） 。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标志字段的值） 。
2) 搜索路由表，寻找能与目的网络号相匹配的表目。如果找到，则把报文发送给该表目
指定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标志字段的值） 。目的网络上的所
有主机都可以通过这个表目来处置。例如，一个以太网上的所有主机都是通过这种表
目进行寻径的。这种搜索网络的匹配方法必须考虑可能的子网掩码。
3) 搜索路由表，寻找标为“默认（ d e f a u l t） ”的表目。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器。
如果上面这些步骤都**没有成功**，那么该数据报就不能被传送。如果不能传送的数据报来自本机，那么一般会向生成数据报的应用程序返回一个“**主机不可达**”或“**网络不可达**”的错误。
完整主机地址匹配在网络号匹配之前执行。只有当它们都失败后才选择默认路由。默认路由，以及下一站路由器发送的 ICMP间接报文（如果我们为数据报选择了错误的默认路由） ，是IP路由选择机制中功能强大的特性。为一个网络指定一个路由器，而不必为每个主机指定一个路由器，这是 IP路由选择机制的另一个基本特性。这样做可以极大地缩小路由表的规模，比如 Internet上的路由器有只有几千个表目，而不会是超过100万个表目。