TCP/IP协议概述
术语
广域网 WAN
局域网 LAN
TCP/IP四层网络模型
TCP／IP通常被认为是一个四层协议系统
- 网络接口层 包括arp，rarp协议，包括操作系统中的网卡驱动程序和对应的网络接口卡，一起处理数据在电缆之间传输的细节，这一层是同一个链路网络内，不同接口之间通过mac地址通信。arp协议是根据ip地址，请求对应的mac地址，rarp协议是根据mac地址，请求ip地址（可以用来做开机获取ip地址，实际现在已经不这么做了），二层的典型设备是交换机，交换机内有一张mac地址和对应的端口规则的表，每当收到一个包，如果是arp广播包，那么就将这个包从这个交换机的所有接口（这里不考虑vlan先），如果不是广播包，交换机根据目的mac地址来匹配应该将数据转发往哪个端口，然后从对应的端口扔出去。网桥是低端版的交换机，也有类似的功能，可以在链路层上对网络进行互联，linux bridge就是虚拟的网桥。交换机和网桥隔离冲突域。
- 网络层 包括IP，ICMP，IGMP协议，ip地址和路由设备，都是网络层的概念，链路层的通信，只能在一个或者多个交换机连接的网络内，其实算是同一个网络，里面的机器mac地址不能冲突，一个arp包，所有的机器都能收到，所以我们即使不考虑代价的问题，我们也不会把全世界所有的机器都直接接到，一个这样的网络内（wan），我们需要会把自己的网络，链路层上同外界的网络隔离，通过路由设备和他们通信，这样好处多多，后面再分析。路由设备是网络层的设备，它存储ip地址和对应的接口的对应关系，通过路由选择协议，根据目的ip地址选择下一跳的ip地址（也会是个路由设备或者虚拟路由设备或者目的地址），通过arp协议获取到下一跳的mac地址，修改数据包，将目的mac地址设置成这个地址，扔给链路层，由链路层送出。路由器隔离广播域。(笔记五中更详细的介绍了通信过程，以及为什么路由器隔离广播域)
- 传输层 包括tcp协议，udp协议。网络层的传输主要是一个ip＋端口号，将数据发送给另一个ip＋端口号，这个端口号，是用来区分不同的应用程序，告诉操作系统，这个包是发给那个程序的，该扔到哪个缓存里面，由哪个程序负责读出。udp是不可靠的传输，不理会传输的过程中是否发生丢包，通常主机内的通讯都使用udp，主机间的通信，如果使用udp，需要自己做好传输可靠性的检验。tcp的设计思想是尽可能可靠的传输，保证数据已定能传输到，尽量避免拥堵，所以tcp设计不是为了占据更多的带宽而设计的，多个链接可以提高传输速度，tcp的设计在网络速度越来越快的情况下，暴漏出很多缺陷，后面再谈。
- 应用层，各种应用工作的层次
还可以看OSI七层网络模型
互联网的地址
网络地址分类，IPV4的情况，IP地址分为A，B，C，D，E五类，各自所处的范围如下:
| 类别 | 格式 | 最大网络数 | IP地址范围 | 私有地址范围 |
|---|---|---|---|---|
| A | 0［7b netNum］[24b hostNumber］ | 126(2^7-2) | 0.0.0.0-127.255.255.255 | 10.0.0.0-10.255.255.255 |
| B | 10［14b netNum］［16b hostNumber］ | 16382(2^14-2) | 128.0.0.0--191.255.255.255 | 172.16.0.0-172.31.255.255 |
| C | 110［22b netNum］［8b hostNumber］ | 2097150(2^21-2) | 192.0.0.0-223.255.255.255 | 192.168.0.0-192.168.255.255 |
| D | 1110［28b multcast number］ | N/A | 224.0.0.0-239.255.255.255 | N/A |
| E | 11110［27b reserved number］ | N/A | 240.0.0.0-255.255.255.255 | N/A |
最大网络数-2是因为全0和全1的网络号(netnum)是非法的。
D类地址是多播地址，E类是预留地址。
私有地址是非Internet网络使用的地址，公网上的路由器不会转发目的地址是私有地址的数据
无类别域间路由
A，B，C等分类地址的划分是最初的设计，后来人们遇到这样的问题
In the early 1990s, after the adoption of subnet addressing to ease one form of growing pains, the Internet started facing a serious set of scaling problems. Three particular issues were considered so important as to require immediate attention:
- By 1994, over half of all class B addresses had already been allocated. It was expected that the class B address space would be exhausted by about 1995.
- The 32-bit IPv4 address was thought to be inadequate to handle the size of the Internet anticipated by the early 2000s.
- The number of entries in the global routing table (one per network number), about 65,000 in 1995, was growing. As more and more class A, B, and C routing entries appeared, routing performance would suffer.
为了解决这些问题，现在我们引入了无类别域间路由的概念，使用cidr的方式，用网络地址加上掩码来表示一个网络，如
172.16.40.128/25,10.0.0.25/32. cidr的本质在于，使用掩码分割网络，表示网络的范围，而不是根据网络类型。cidr的好处在于，提高网络地址的利用率，分配一个网络，可以只分配，2个，4个，8个，16个...地址，而不是256，255256，256256*256。
cidr技术减缓了ipv4地址耗尽的趋势，类似的还有nat技术，nat技术工作在路由设备上，传输层，可以让很多用户共用一个公网ip地址，而不是所有人都接入到Internet中，也起到减缓ipv4地址消耗的作用。
关于cidr和nat，可以看：协议森林14 逆袭 (CIDR与NAT)
cidr同时还能够支持路由汇聚的功能，减少互联网上的路由表项的数目，以解决引用中提到的第三个问题，可以看 cidr_*
各种数据报的格式
tcp的数据包：
| link header | ip Header | tcp Header | data | link trailer |
|---|---|---|---|---|
| 14bit | 20bit | 20bit | 不固定 | 4bit |
udp的数据包:
| link header | ip Header | tcp Header | data | link trailer |
|---|---|---|---|---|
| 14bit | 20bit | 8bit | 不固定 | 4bit |
icmp和igmp数据包，主要在ip header中的协议值区分：
| link header | ip Header | data | link trailer |
|---|---|---|---|
| 14bit | 20bit | 不固定 | 4bit |
arp和rarp数据包，主要在以太网首部中的的帧类型区分:
| link header | data | link trailer |
|---|---|---|
| 14bit | 不固定 | 4bit |
各种去掉link header和link trailer之外的数据，最大有一个长度，超过这个长度的数据交给链路层，链路层会不处理这个数据，会直接丢弃。
这个最大长度我们称为mtu，ip层交给link层的数据长度一定要小于等于MTU值。
在tcp中，还有mss值得概念，指上图tcp数据包中的data的大小，后面再谈。
参考：
TCP/IP详解 卷一
TCP/IP详解 卷二
等