物理層

物理層協議的主要任務就是確定與傳輸媒體的介面有關的一些特性：

1. 機械特性：指明介面所用接線器的形狀和尺寸、引腳數目和排列、固定和鎖定裝置等
2. 電氣特性：指明在介面電纜的各條線上出現的電壓的範圍
3. 功能特性：指明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義
4. 過程特性：指明對於不同功能的各種可能事件的出現順序

資料鏈路層

資料鏈路層使用的通道主要有以下兩種：

1. 點對點通道：使用一對一的點對點通訊方式
2. 廣播通道：使用一對多的廣播通訊方式

停止等待協議：

由於傳送方每傳送完一個分組必須停下來等接收到確認後才能傳送下一個分組，該協議被稱為停止等待協議。
如果底層的通道會丟失分組，當資料分組或確認分組丟失時，傳送方將會一直等待接收方的確認分組。為解決該問題，可以在傳送方傳送完一個數據分組時，啟動一個超時計時器。若到了超時計時器所設定的重傳時間而傳送方仍收不到接收方的任何確認分組則重傳。這就是超時重傳。

回退N步協議：

當使用流水線傳輸方式時，傳送方不間斷地傳送分組可能會是接收方或網路來不及處理這些分組，從而導致分組的丟失。傳送方傳送的分組在接收方或網路中被丟棄，實際上是對通訊資源的嚴重浪費。因此傳送方不能無限制地一直髮送分組，必須採取措施限制傳送方連續傳送分組的個數。回退N步協議在流水線傳輸的基礎上利用傳送視窗來限制傳送方連續傳送分組的個數，是一種連續ARQ協議。傳送視窗是允許傳送方已傳送但還沒有收到確認的分組序號的範圍，視窗大小就是傳送發已傳送但是還沒有收到確認的最大分組數。在協議的工作過程中傳送視窗不斷向前滑動，因此這類協議又稱為滑動視窗協議。

1. 接收方值按序接受分組。當收到序號不對的分組，接收方除了將它們丟棄外，還要對最近按序接收的分組進行確認
2. 在傳送方，依然採用超時重傳機制來重傳出現差錯或丟失的分組。
3. 接收方採用累積確認的方式。

選擇重傳協議：

GBN協議（回退N步協議）存在一個缺點：一個分組的差錯可能引起大量分組的重傳，這些分組可能已經被接收方正確接收了，但由於未按序到達而被丟棄。顯然對這些分組的重傳是對通訊資源的極大浪費。為進一步提高效能，可設法只重傳出現差錯的分組，但這時接收視窗不再為1，以便先收下失序到達但任然處在接收視窗中那些分組。

點對點協議（PPP）：

PPP組成部分：

1. 一個將IP資料報封裝到序列鏈路的方法。PPP既支援面向字元的非同步鏈路，也支援面向位元的同步鏈路。
2. 一個用來建立、配置和測試資料鏈路連線的鏈路控制協議。
3. 一套網路控制協議，其中的每一個協議支援不同的網路層協議。

網路層：

• 分組轉發：當一個分組到達某路由器的一條輸入鏈路時，該路由器必須將該分組轉發到適當的輸出鏈路。每個路由器中需要有一個轉發表，路由器在轉發分組時，要根據到達分組首部中的轉發標識在轉發表中查詢。查詢改轉發表的結果指出了該分組將被轉發的路由器的鏈路介面。
• 路由選擇：當分組從傳送方流向接收方時，網路層必須決定這些分組所採用的路由或路徑。
  因特網設計思路：網路層向上只提供簡單靈活的、無連線的、盡最大努力交付的資料報服務。網路層不提供服務質量的承諾。

網際協議IP
網際協議IP是TCP/IP體系中兩個最主要的協議之一，也是最重要的因特網標準協議之一。與IP協議配套使用的還有4個協議：

1. 地址解析協議（ARP）
2. 逆地址解析協議（RARP）
3. 網際控制報文協議（ICMP）
4. 網際組管理協議（IGMP）

異構網路互連：
將網路相互連線起來要使用一些中間裝置。根據中間裝置所在的層次，可以有以下4種不同的中間裝置：

1. 物理層中使用的中間裝置叫轉發器（repeater）
2. 資料鏈路層中使用的中間裝置叫網橋或橋接器（bridge）
3. 網路層使用的中間裝置叫路由器（router）
4. 在網路層以上使用的中間裝置叫做閘道器（gateway）用閘道器連線兩個不相容的系統需要在高層進行協議的轉換

TCP/IP體系在網路互連上採用的做法是在網路層採用了標準化協議，但相互連線的網路則可以是異構的。由於參加互連的計算機網路都使用相同的網際協議，因此可以把互連以後的計算機網路看成一個虛擬互連網路。

IP地址及編址方式：
IP地址就是給因特網上的每一個主機的每一個介面分配一個在全世界範圍是唯一的32位的識別符號。我們常常把32位的IP地址中的每8位用其等效的十進位制數字表示，並且在這些數字之間加上一個點。這就叫做點分十進位制記法。

IP資料報的格式：

一個IP資料報由首部和資料兩部分組成。首部的前一部分是固定長度，共20位元組，是所有IP資料報必須具有的。在首部的固定部分的後面是一些可選欄位，其長度是可變的。
IP資料報首部的固定部分中的各欄位

1. 版本：佔4位，指IP協議的版本。通訊雙方使用的IP協議的版本必須一致。
2. 首部長度：佔4位，可表示的最大十進位制數值是15.當IP分組的首部長度不是4位元組的整數倍時必須利用最後的填充欄位加以填充。
3. 區分服務：佔8位，用來獲得更好的服務
4. 總長度：首部和資料之和的長度，單位為位元組
5. 標識：佔16位。相同的標識欄位的值使分片後的各資料報片最後能在目的地被正確地重灌成為原來的資料報
6. 標誌：佔3位。標誌欄位中的最低位記為MF，MF=1表示後面還有分片的資料報， MF=0表示這是最後一個數據報片。標誌欄位中間的一位記為DF，意思是不能分片，只有當DF=0時才允許分片。
7. 片偏移：佔13位。片偏移指出：較長的分組在分片後，某片在原分組中的相對位置
8. 生存時間：佔8位，生存時間欄位表明資料報在網路中的壽命，每經過一個路由器時，就把TTL減去資料報在路由器所消耗的一段時間，當TTL值減為0時就丟棄這個資料報。現在TTL的單位不再是秒，而是跳數。TTL的意義是指明資料報在因特網中之多可經過多少個路由器。
9. 協議：佔8位，指出此資料報攜帶的資料是使用何種協議，以便使目的主機的IP層知道應將資料部分上交給哪個處理過程。
10. 首部檢驗和：佔16位。只檢驗資料報的首部，但不包括資料部分。
11. 源地址：佔32位
12. 目的地址：佔32位

IP資料報的轉發：

1. 從收到的資料報首部提取目的IP地址D
2. 先判斷是否為直接交付
3. 對路由表中的每一行（目的網路地址、掩碼、下一跳、介面），用其中的掩碼和D逐位相“與”（ AND操作），其結果為N。若N與該行的網路地址匹配，則把資料報傳送給該行指明的下一跳路由器，否則，執行4
4. 若路由表中有一個預設路由，則把資料報傳送給路由表中所指明的預設路由器；否則執行5
5. 報告轉發資料報出錯

網際控制報文協議（ICMP）：

1. ICMP差錯報告報文
2. ICMP詢問報文

ICMP報文型別：

1. ICMP差錯報文：
   終點不可達：當路由器或主機不能交付資料報時，就向源點發送終點不可達報文
   源點抑制：當路由器或主機由於擁塞而丟棄資料報時，就向源點發送源點抑制報文
   超時：當路由器收到一個IP資料報，若地址不是自己，會將TTL減1再轉發出去，當TTL減為零時（收到TTL等於一的IP資料報），除丟棄該資料報外，還要向源點發送超時差錯報文。另外，當終點在預定的時間內不能收到一個數據報的全部資料報片時，就把已收到的資料報片全部丟棄，也會向源點發送超時差錯報文
   引數問題：當路由器或目的主機收到的資料報的首部中有的欄位的值不正確時，就丟棄該資料報，並向源點發送引數問題報文。
   改變路由（重定向）：路由器把改變路由報文傳送給主機，讓主機知道下次應將資料報傳送給另外的路由器（可通過更好的路由）
2. ICMP詢問報文：
   回送請求和回答：ICMP回送請求報文是由主機或路由器向一個特定的目的主機發送的詢問。收到此報文的主機必須給源主機或路由器傳送ICMP回送回答報文。這種詢問報文用來測試目的站是否可達及瞭解其有關狀態
   時間戳請求和回答：ICMP時間戳請求報文是請求某個主機或路由器回答當前的日期和時間。時間戳請求和回答可用來進行時鐘同步和測量時間。

VPN和NAT
虛擬專用網VPN：
RFC1918指明瞭一些專用地址，這些地址只能用於一個機構的內部通訊，而不能用於和因特網上的主機通訊。換言之，專用地址只能用作本地地址而不能用作全球地址。在因特網中的所有路由器，對目的地址是專用地址的資料報一律不進行轉發。RFC1918指明的專用地址是：

1. 10.0.0.0到10.255.255.255
2. 172.16.0.0到172.31.255.255
3. 192.168.0.0到192.168.255.255
   採用專用IP地址的網際網路稱為專用網際網路或本地網際網路，也叫做專用網。利用公用的因特網作為本機構各專用網之間的通訊載體，這樣的專用網又稱為虛擬專用網（VPN）。

網路地址轉換NAT：
NAT能是大量使用內部專用地址的專用網路使用者共享少量外部全球地址來訪問因特網上的主機和資源。這種方法需要在專用網路連線到的因特網的路由器上安裝NAT軟體。

移動IP：
移動IP是IETF開發的一種技術，該技術在IP層為上層網路應用提供移動透明性。移動IP技術允許移動主機在網路之間漫遊時仍然能保持其IP地址不變，此外，還提供機制使因特網中的其他主機能夠將IP資料報正確傳送到這個移動主機。
在移動IP中，每一個移動主機都有一個預設連線的網路或初始申請接入的網路，被稱為歸屬網路。移動主機在歸屬網路的IP地址被稱為歸屬地址或永久地址，因為這個地址在移動主機的整個行動通訊過程中是始終不變的。在歸屬網路中代表移動主機執行移動管理功能的實體稱為歸屬代理。移動主機當前漫遊所在的網路叫外地網路或被訪網路。在外地網路中幫助移動主機執行移動管理功能的實體稱為外地代理，外地代理會為移動主機提供一個臨時使用的屬於外地網路的轉交地址。移動IP的基本原理並不複雜，當移動主機外出到外地網路時由歸屬代理代收所有發給移動主機的資料報並利用轉交地址將資料報通過IP-in-IP隧道轉發給移動主機所在的外地代理，再由外地代理將資料報轉交給移動主機。

新一代網際協議IPv6
主要變化：

1. 更大的地址空間。IPv6將地址從32位增大到128位
2. 擴充套件的地址層次結構。
3. 靈活的首部格式。
4. 改進的選項。IPv6允許資料報包含有選項的控制資訊，因而可以包含一些新的選項。
5. 允許協議繼續擴充。
6. 支援即插即用（自動配置）。
7. 支援資源的預分配