2013-07-29

NetworkStack Internet protocol suite

1. Introduce

The Internet protocol suite and the layered protocol stack design were in use
before the OSI model was established. Since then, the TCP/IP model has been
compared with the OSI model in books and classrooms, which often results in
confusion because the two models use different assumptions and goals, including
the relative importance of strict layering.

2. TCP/IP Network model

Layers in the internet protocol suite:( a four-layer model )

+------------------------+                         +--------+
|    Application layer   |                         |  Data  |
+------------------------+                         +--------+
            |
  +--------------------+                   +-------+--------+
  |   Transport layer  |                   |TCP/IP |  Data  |
  +--------------------+                   +-------+--------+
            |
  +-------------------+              +-----+-------+--------+
  |   Internet layer  |              | IP  |TCP/IP |  Data  |
  +-------------------+              +-----+-------+--------+
            |
    +---------------+       +--------+-----+-------+--------+
    |   Link layer  |       | Header | IP  |TCP/IP |  Data  |
    +---------------+       +--------+-----+-------+--------+

Protocol in layers

Application layer

DHCP
DHCPv6
DNS
FTP
HTTP*
IMAP
IRC
LDAP
MGCP
NNTP
BGP
NTP
POP
RPC
RTP
RTSP
RIP
SIP
SMTP
SNMP*
SOCKS
SSH
Telnet
TLS/SSL
XMPP

Transport layer

TCP*
UDP*
DCCP
SCTP
RSVP

Internet layer

IP(IPv4,IPv6)*
ICMP*
ICMPv6
ECN
IGMP
IPsec

Link layer

ARP/InARP*
NDP
OSPF
Tunnels(L2TP)
PPP*
Media access control(Ethernet/DSL/ISDN/FDDI)

3. Protocol Format

IP - http://www.ietf.org/rfc/rfc791.txt, page 11
TCP - http://www.ietf.org/rfc/rfc793.txt, page 15
UDP - http://www.ietf.org/rfc/rfc768.txt, page 1

0                   1                   2                   3   
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version|  IHL  |Type of Service|          Total Length         |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|         Identification        |Flags|      Fragment Offset    |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|  Time to Live |    Protocol   |         Header Checksum       |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                       Source Address                          |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                    Destination Address                        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                    Options                    |    Padding    |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

              Example Internet Datagram Header

0                   1                   2                   3   
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|          Source Port          |       Destination Port        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                        Sequence Number                        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                    Acknowledgment Number                      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|  Data |           |U|A|P|R|S|F|                               |
| Offset| Reserved  |R|C|S|S|Y|I|            Window             |
|       |           |G|K|H|T|N|N|                               |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|           Checksum            |         Urgent Pointer        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                    Options                    |    Padding    |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                             data                              |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

                        TCP Header Format

0      7 8     15 16    23 24    31  
+--------+--------+--------+--------+ 
|     Source      |   Destination   | 
|      Port       |      Port       | 
+--------+--------+--------+--------+ 
|                 |                 | 
|     Length      |    Checksum     | 
+--------+--------+--------+--------+ 
|                                     
|          data octets ...            
+---------------- ...                 

     User Datagram Header Format