物理层
物理层协议的主要任务就是确定与传输媒体的接口有关的一些特性：
- 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等
- 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围
- 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义
- 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
数据链路层
数据链路层使用的信道主要有以下两种：
- 点对点通道：使用一对一的点对点通信方式
- 广播信道：使用一对多的广播通信方式
停止等待协议：
由于发送方每发送完一个分组必须停下来等接收到确认后才能发送下一个分组，该协议被称为停止等待协议。
如果底层的信道会丢失分组，当数据分组或确认分组丢失时，发送方将会一直等待接收方的确认分组。为解决该问题，可以在发送方发送完一个数据分组时，启动一个超时计时器。若到了超时计时器所设置的重传时间而发送方仍收不到接收方的任何确认分组则重传。这就是超时重传。
回退N步协议：
当使用流水线传输方式时，发送方不间断地发送分组可能会是接收方或网络来不及处理这些分组，从而导致分组的丢失。发送方发送的分组在接收方或网络中被丢弃，实际上是对通信资源的严重浪费。因此发送方不能无限制地一直发送分组，必须采取措施限制发送方连续发送分组的个数。回退N步协议在流水线传输的基础上利用发送窗口来限制发送方连续发送分组的个数，是一种连续ARQ协议。发送窗口是允许发送方已发送但还没有收到确认的分组序号的范围，窗口大小就是发送发已发送但是还没有收到确认的最大分组数。在协议的工作过程中发送窗口不断向前滑动，因此这类协议又称为滑动窗口协议。
- 接收方值按序接受分组。当收到序号不对的分组，接收方除了将它们丢弃外，还要对最近按序接收的分组进行确认
- 在发送方，依然采用超时重传机制来重传出现差错或丢失的分组。
- 接收方采用累积确认的方式。
选择重传协议：
GBN协议（回退N步协议）存在一个缺点：一个分组的差错可能引起大量分组的重传，这些分组可能已经被接收方正确接收了，但由于未按序到达而被丢弃。显然对这些分组的重传是对通信资源的极大浪费。为进一步提高性能，可设法只重传出现差错的分组，但这时接收窗口不再为1，以便先收下失序到达但任然处在接收窗口中那些分组。
点对点协议（PPP）：
PPP组成部分：
- 一个将IP数据报封装到串行链路的方法。PPP既支持面向字符的异步链路，也支持面向比特的同步链路。
- 一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议。
- 一套网络控制协议，其中的每一个协议支持不同的网络层协议。
网络层：
- 分组转发：当一个分组到达某路由器的一条输入链路时，该路由器必须将该分组转发到适当的输出链路。每个路由器中需要有一个转发表，路由器在转发分组时，要根据到达分组首部中的转发标识在转发表中查询。查询改转发表的结果指出了该分组将被转发的路由器的链路接口。
- 路由选择：当分组从发送方流向接收方时，网络层必须决定这些分组所采用的路由或路径。
因特网设计思路：网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。网络层不提供服务质量的承诺。
网际协议IP
网际协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一，也是最重要的因特网标准协议之一。与IP协议配套使用的还有4个协议：
- 地址解析协议（ARP）
- 逆地址解析协议（RARP）
- 网际控制报文协议（ICMP）
- 网际组管理协议（IGMP）
异构网络互连：
将网络相互连接起来要使用一些中间设备。根据中间设备所在的层次，可以有以下4种不同的中间设备：
- 物理层中使用的中间设备叫转发器（repeater）
- 数据链路层中使用的中间设备叫网桥或桥接器（bridge）
- 网络层使用的中间设备叫路由器（router）
- 在网络层以上使用的中间设备叫做网关（gateway）用网关连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议的转换
TCP/IP体系在网络互连上采用的做法是在网络层采用了标准化协议，但相互连接的网络则可以是异构的。由于参加互连的计算机网络都使用相同的网际协议，因此可以把互连以后的计算机网络看成一个虚拟互连网络。
IP地址及编址方式：
IP地址就是给因特网上的每一个主机的每一个接口分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。我们常常把32位的IP地址中的每8位用其等效的十进制数字表示，并且在这些数字之间加上一个点。这就叫做点分十进制记法。
IP数据报的格式：
一个IP数据报由首部和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须具有的。在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。
IP数据报首部的固定部分中的各字段
- 版本：占4位，指IP协议的版本。通信双方使用的IP协议的版本必须一致。
- 首部长度：占4位，可表示的最大十进制数值是15.当IP分组的首部长度不是4字节的整数倍时必须利用最后的填充字段加以填充。
- 区分服务：占8位，用来获得更好的服务
- 总长度：首部和数据之和的长度，单位为字节
- 标识：占16位。相同的标识字段的值使分片后的各数据报片最后能在目的地被正确地重装成为原来的数据报
- 标志：占3位。标志字段中的最低位记为MF，MF=1表示后面还有分片的数据报， MF=0表示这是最后一个数据报片。标志字段中间的一位记为DF，意思是不能分片，只有当DF=0时才允许分片。
- 片偏移：占13位。片偏移指出：较长的分组在分片后，某片在原分组中的相对位置
- 生存时间：占8位，生存时间字段表明数据报在网络中的寿命，每经过一个路由器时，就把TTL减去数据报在路由器所消耗的一段时间，当TTL值减为0时就丢弃这个数据报。现在TTL的单位不再是秒，而是跳数。TTL的意义是指明数据报在因特网中之多可经过多少个路由器。
- 协议：占8位，指出此数据报携带的数据是使用何种协议，以便使目的主机的IP层知道应将数据部分上交给哪个处理过程。
- 首部检验和：占16位。只检验数据报的首部，但不包括数据部分。
- 源地址：占32位
- 目的地址：占32位
IP数据报的转发：
- 从收到的数据报首部提取目的IP地址D
- 先判断是否为直接交付
- 对路由表中的每一行（目的网络地址、掩码、下一跳、接口），用其中的掩码和D逐位相“与”（ AND操作），其结果为N。若N与该行的网络地址匹配，则把数据报传送给该行指明的下一跳路由器，否则，执行4
- 若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则执行5
- 报告转发数据报出错
网际控制报文协议（ICMP）：
- ICMP差错报告报文
- ICMP询问报文
ICMP报文类型：
- ICMP差错报文：
终点不可达：当路由器或主机不能交付数据报时，就向源点发送终点不可达报文
源点抑制：当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，就向源点发送源点抑制报文
超时：当路由器收到一个IP数据报，若地址不是自己，会将TTL减1再转发出去，当TTL减为零时（收到TTL等于一的IP数据报），除丢弃该数据报外，还要向源点发送超时差错报文。另外，当终点在预定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时，就把已收到的数据报片全部丢弃，也会向源点发送超时差错报文
参数问题：当路由器或目的主机收到的数据报的首部中有的字段的值不正确时，就丢弃该数据报，并向源点发送参数问题报文。
改变路由（重定向）：路由器把改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器（可通过更好的路由） - ICMP询问报文：
回送请求和回答：ICMP回送请求报文是由主机或路由器向一个特定的目的主机发送的询问。收到此报文的主机必须给源主机或路由器发送ICMP回送回答报文。这种询问报文用来测试目的站是否可达及了解其有关状态
时间戳请求和回答：ICMP时间戳请求报文是请求某个主机或路由器回答当前的日期和时间。时间戳请求和回答可用来进行时钟同步和测量时间。
VPN和NAT
虚拟专用网VPN：
RFC1918指明了一些专用地址，这些地址只能用于一个机构的内部通信，而不能用于和因特网上的主机通信。换言之，专用地址只能用作本地地址而不能用作全球地址。在因特网中的所有路由器，对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发。RFC1918指明的专用地址是：
- 10.0.0.0到10.255.255.255
- 172.16.0.0到172.31.255.255
- 192.168.0.0到192.168.255.255
采用专用IP地址的互联网称为专用互联网或本地互联网，也叫做专用网。利用公用的因特网作为本机构各专用网之间的通信载体，这样的专用网又称为虚拟专用网（VPN）。
网络地址转换NAT：
NAT能是大量使用内部专用地址的专用网络用户共享少量外部全球地址来访问因特网上的主机和资源。这种方法需要在专用网络连接到的因特网的路由器上安装NAT软件。
移动IP：
移动IP是IETF开发的一种技术，该技术在IP层为上层网络应用提供移动透明性。移动IP技术允许移动主机在网络之间漫游时仍然能保持其IP地址不变，此外，还提供机制使因特网中的其他主机能够将IP数据报正确发送到这个移动主机。
在移动IP中，每一个移动主机都有一个默认连接的网络或初始申请接入的网络，被称为归属网络。移动主机在归属网络的IP地址被称为归属地址或永久地址，因为这个地址在移动主机的整个移动通信过程中是始终不变的。在归属网络中代表移动主机执行移动管理功能的实体称为归属代理。移动主机当前漫游所在的网络叫外地网络或被访网络。在外地网络中帮助移动主机执行移动管理功能的实体称为外地代理，外地代理会为移动主机提供一个临时使用的属于外地网络的转交地址。移动IP的基本原理并不复杂，当移动主机外出到外地网络时由归属代理代收所有发给移动主机的数据报并利用转交地址将数据报通过IP-in-IP隧道转发给移动主机所在的外地代理，再由外地代理将数据报转交给移动主机。
新一代网际协议IPv6
主要变化：
- 更大的地址空间。IPv6将地址从32位增大到128位
- 扩展的地址层次结构。
- 灵活的首部格式。
- 改进的选项。IPv6允许数据报包含有选项的控制信息，因而可以包含一些新的选项。
- 允许协议继续扩充。
- 支持即插即用（自动配置）。
- 支持资源的预分配