1、概述

1) 链路层，有时也称作数据链路层或网络接口层，(硬件接口，ARP,RARP)

2) 网络层，有时也称作互联网层，(IP, ICMP, IGMP)I C M P是I P协议的附属协议,I P层用它来与其他主机或路由器交换错误报文和其他重要信息。P i n g和Tr a c e r o u t e它们都使用了I C M P

3) 运输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。(TCP, UDP)

4) 应用层负责处理特定的应用程序细节。

 

一个互连网就是一组通过相同协议族互连在一起的网络。

 

构造互连网最简单的方法是把两个或多个网络通过路由器进行连接。它是一种特殊的用

于网络互连的硬件盒。路由器的好处是为不同类型的物理网络提供连接：以太网、令牌环网、

点对点的链接和F D D I（光纤分布式数据接口）等等。

 

连接网络的另一个途径是使用网桥。网桥是在链路层上对网络进行互连，而路由器则是

在网络层上对网络进行互连。网桥使得多个局域网（ L A N）组合在一起，这样对上层来说就好像是一个局域网。

有三类I P地址：单播地址（目的为单个主机）、广播地址（目的端为给定网络上的所有主

机）以及多播地址（目的端为同一组内的所有主机）。在T C P / I P领域中，域名系统（D N S）是一个分布的数据库，由它来提供 I P地址和主机名之间的映射信息。

T C P传给I P的数据单元称作 T C P报文段或简称为T C P段（T C P

s e g m e n t）。I P传给网络接口层的数据单元称作I P数据报(IP datagram)。通过以太网传输的比特流称作帧(Fr a m e )。

由于T C P、U D P、I C M P和I G M P都要向I P传送数据，因此I P必须在

生成的I P首部中加入某种标识，以表明数据属于哪一层。为此， I P在首部中存入一个长度为8 b i t的数值，称作协议域。1表示为I C M P协议，2表示为I G M P协议，6表示为T C P协议，1 7表示为U D P协议。

类似地，许多应用程序都可以使用 T C P或U D P来传送数据。运输层协议在生成报文首部时要存入一个应用程序的标识符。 T C P和U D P都用一个1 6 b i t的端口号来表示不同的应用程序。T C P和U D P把源端口号和目的端口号分别存入报文首部中。

网络接口分别要发送和接收I P、A R P和R A R P数据，因此也必须在以太网的帧首部中加入某种形式的标识，以指明生成数据的网络层协议。为此，以太网的帧首部也有一个 16 bit的帧类型域。

为协议I C M P和I G M P定位一直是一件很棘手的事情。在图1 - 4中，把它们与I P放在

同一层上，那是因为事实上它们是I P的附属协议。但是在这里，我们又把它们放在I P层

的上面，这是因为ICMP和IGMP报文都被封装在IP数据报中。

对于A R P和R A R P，我们也遇到类似的难题。在这里把它们放在以太网设备驱动程

序的上方，这是因为它们和I P数据报一样，都有各自的以太网数据帧类型。但在图2 - 4

中，我们又把A R P作为以太网设备驱动程序的一部分，放在I P层的下面，其原因在逻

辑上是合理的。

 

2、链路层

在T C P / I P协议族中，链路层主要有三个目的：（1）为I P模块发送和接收I P数据报；（2）为A R P模块发送A R P请求和接收A R P应答；（3）为R A R P发送R A R P请求和接收R A R P应答。T C P / I P支持多种不同的链路层协议，这取决于网络所使用的硬件，如以太网、令牌环网、F D D I（光纤分布式数据接口）及R S-2 3 2串行线路等。

以太网和IEEE 802封装： 当今 T C P / I P采用的主要的局域网技术。它采用一种称作 C S M A / C D的媒体接入方法，其意思是带冲突检测的载波侦听多路接入（Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection）。它的速率为10 Mb/s，地址为48 bit。I E E E（电子电气工程师协会） 8 0 2委员会公布了一个稍有不同的标准集。

S L I P的全称是Serial Line IP。它是一种在串行线路上对I P数据报进行封装的简单形式

P P P，点对点协议修改了S L I P协议中的所有缺陷。P P P包括以下三个部分：

1) 在串行链路上封装 I P数据报的方法。 P P P既支持数据为8位和无奇偶检验的异步模式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（ L C P：Link Control Protocol）。它允许通

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（ N C P：Network Control Protocol）体系。当前定义的网络层有I P、O S I网络层、D E C n e t以及A p p l e Ta l k。例如，IP NCP允许双方商定是报文首部进行压缩，类似于C S L I P（缩写词N C P也可用在T C P的前面）。

 

大多数的产品都支持环回接口（Loopback Interface），以允许运行在同一台主机上的客户

程序和服务器程序通过 T C P / I P进行通信。一旦传输层检测到目的端地址是环回地址时，应该可以省略部分传输层和所有网络层的逻辑操作。但是大多数的产品还是照样完成传输层和网络层的所有过程，只是当I P数据报离开网络层时把它返回给自己。正因为不经过链路层，所以这种数据包不会出现在网络上。

以太网和8 0 2 . 3对数据帧的长度都有一个限制，其最大值分别是1 5 0 0和1 4 9 2字节。链路层的这个特性称作MTU字节网络M T U，最大传输单元。

T C P / I P成功的原因之一是它几乎能在任何数据链路技术上运行。

 

3、I P是T C P / I P协议族中最为核心的协议。所有的T C P、U D P、I C M P及I G M P数据都以I P数据报格式传输。

不可靠（u n r e l i a b l e）的意思是它不能保证 I P数据报能成功地到达目的地。 I P仅提供最好的传输服务。如果发生某种错误时，如某个路由器暂时用完了缓冲区， I P有一个简单的错误处理算法：丢弃该数据报，然后发送 I C M P消息报给信源端。任何要求的可靠性必须由上层来提供（如T C P）。

无连接（c o n n e c t i o n l e s s）这个术语的意思是I P并不维护任何关于后续数据报的状态信息。每个数据报的处理是相互独立的。这也说明， I P数据报可以不按发送顺序接收。如果一信源向相同的信宿发送两个连续的数据报（先是 A，然后是B），每个数据报都是独立地进行路由选择，可能选择不同的路线，因此B可能在A到达之前先到达。

为了计算一份数据报的 I P检验和，首先把检验和字段置为 0。然后，对首部中每个 16 bit

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。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。即 I P层既可以配置成路由器的功能，也可以配置成主机的功能。当今的大多数多用户系统，包括几乎所有的 U n i x系统，都可以配置成一个路由器。我们可以为它指定主机和路由器都可以使用的简单路由算法。本质上的区别在于主机从不把数据报从一个接口转发到另一个接口，而路由器则要转发数据报。内含路由器功能的主机应该从不转发数据报，除非它被设置成那样。在 9 . 4小节中，我们将进一步讨论配置的有关问题。

在一般的体制中，I P可以从T C P、U D P、I C M P和I G M P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。 I P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，I P首先检查目的I P地址是否为本机的I P地址之一或者I P广播地址。如果确实是这样，数据报就被送到由 I P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（ 1）如果I P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（ 2）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I P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（如下所述）。主机地址有一个非0的主机号（见图1 - 5），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I P地址，或者有直接连接的网络 I P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 I P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（我们将在 9 . 2节中

详细介绍这些标志）。

为数据报的传输指定一个网络接口。

 

I P路由选择是逐跳地（h o p - b y - h o p ）进行的。从这个路由表信息可以看出，I P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I P路由选择只为数 据报传输提供下一站路由器的 I P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。

    I P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I P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。关于这一点我们在下一节中进行

讨论。

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。

 

给定I P地址和子网掩码以后，主机就可以确定 I P数据报的目的是：(1)本子网上的主机；

(2)本网络中其他子网中的主机；( 3)其他网络上的主机。如果知道本机的 I P地址，那么就知道它是否为A类、B类或C类地址(从I P地址的高位可以得知)，也就知道网络号和子网号之间的分界线。而根据子网掩码就可知道子网号与主机号之间的分界线。

 

举例

假设我们的主机地址是1 4 0 . 2 5 2 . 1 . 1（一个B类地址），而子网掩码为2 5 5 . 2 5 5 . 2 5 5 . 0（其中8b i t为子网号，8 bit为主机号）。* 如果目的I P地址是1 4 0 . 2 5 2 . 4 . 5，那么我们就知道B类网络号是相同的（1 4 0 . 2 5 2），但是子网号是不同的（1和4）。用子网掩码在两个I P地址之间的比较如图3 - 8所示。* 如果目的I P地址是1 4 0 . 2 5 2 . 1 . 2 2，那么B类网络号还是一样的（1 4 0 . 2 5 2），而且子网号也是一样的（1），但是主机号是不同的。

如果目的I P地址是1 9 2 . 4 3 . 2 3 5 . 6（一个C类地址），那么网络号是不同的，因而进一步的比较就不用再进行了。