資料鍊路層實作網卡接口的網絡驅動程式，以處理資料在實體媒介上的傳輸。不同的實體網絡有不同的電器特性，網絡驅動程式隐藏了這些細節，為上層協定提供一個統一的接口。
資料鍊路層兩個常用的協定是ARP協定（Address Resolution Protocol，位址解析協定）和RARP協定（Reverse Address Resolution Protocol，反向位址解析解析）。它們實作了IP位址和實體位址之間的互相轉換。
網絡層使用IP位址尋址一台機器，而資料鍊路層使用實體位址尋址一台機器，是以網絡層必須先将其目标機器IP位址轉換為實體位址，才能使用資料鍊路層提供的服務。
其工作原理是:主機向自己所在的網絡廣播-個ARP請求，該請求包含目标機器的網絡位址。此網絡上的其他機器都将收到這個請求，但隻有被請求的目标機器會回應-一個 ARP應答，其中包含自己的實體位址。
硬體類型：字段定義實體位址的類型，它的值為1表示MAC位址。
協定類型：字段表示要映射的協定位址類型，它的值為0x800，表示IP位址。
口硬體位址長度字段和協定位址長度字段：顧名思義，其機關是位元組。對MAC位址來說，其長度為6;對IP (v4)位址來說，其長度為4。
操作字段：指出4種操作類型: ARP 請求(值為1)、ARP應答(值為2)、RARP請求(值為3)和RARP應答(值為4)。
最後4個字段指定通信雙方的以太網位址和IP位址。發送端填充除目的端以太網位址外的其他3個字段，以建構ARP請求并發送之。接收端發現該請求的目的端IP位址是自己，就把自己的以太網位址填進去，然後交換兩個目的端位址和兩個發送端位址，以建構ARP應答并傳回之(當然，如前所述，操作字段需要設定為2)。
由此可知，ARP請求/應答封包的長度為28位元組。如果再加上以太網幀頭部和尾部的18位元組，則一個搒帶ARP請求1應答封包的以太網幀長度為46位元組。不過有的實作要求以太網幀資料部分長度至少為46位元組，此時ARP請求/應答封包将增加一-些填充位元組，以滿足這個要求。在這種情況下，一個攜帶ARP請求/應答封包的以太網幀長度為64位元組。
通常，ARP 維護-一個高速緩存，其中包含經常通路(比如網關位址)或最近通路的機器的IP位址到實體位址的映射。這樣就避免了重複的ARP請求，提高了發送資料包的速度。
網絡層實作資料包的選擇和轉發。
IP協定根據資料報的目的IP位址來決定如何投遞它。如果資料包不能直接發給目标主機，那麼IP協定就為他尋找一個合适的下一跳（next hop）路由器,并将資料包傳遞給路由來器轉發。多次重複這一過程，最終到達目标主機，或者由于發送失敗而被丢棄。
ICMP協定（Internet Control Message Protocol，網際網路控制封包協定）它是IP協定的補充，主要用于網絡連接配接測試。
8位類型字段用于區分封包類型，它将ICMP分為兩大類：
差錯封包：這類封包主要用來回應網絡錯誤，比如目标不可達（類型值為3）和重定向（類型值為5）；
查詢封包：這類封包用來查詢網絡資訊，比如ping程式就是使用ICMP封包檢視目标是否可達（類型值為8）。
有的 ICMP封包還是用8為代碼字段來進一步細分不同的條件。比如重定向封包使用代碼值0表示對網路重定向，代碼值1表示對主機重定向。
ICMP使用16位校驗和字段對整個封包（包括頭部和内容部分）進行循環備援校驗（Cyclic Redundancy Check， CRC）以校驗封包在傳輸過程中是否損壞。不同的ICMP封包類型有不同的正文内容。
傳輸層為兩台主機上的應用程式提供端到端的通信。與網絡層使用的逐跳通信方式不同，傳輸層隻關心通信的起始端和目的端，而不在乎資料包的中轉過程。
垂直的直線箭頭表示TCP/IP協定族各層之間的實體通信，而水準的虛線箭頭表示邏輯通信線路。從中可見，資料鍊路層封裝了實體網絡的電氣細節；網絡層封裝了網絡連接配接的細節；傳輸層則為程式封裝了一條端到端的邏輯通信鍊路，它負責資料的收發，鍊路的逾時重連等；
TCP協定（TCP，Transmission Control Protocol，傳輸控制協定）它為應用層提供面向連接配接的、可靠的、基于位元組流的服務。
UDP協定（UDP，User Datagram Protocol，使用者資料報協定）它為應用層提供無連接配接，不可靠，基于資料報的服務。
SCTP協定（SCTP，Stream Control Transmission Protocol，流控制傳輸協定）是一種傳輸協定,在TCP/IP協定棧中所處的位置和TCP、UDP類似,兼有TCP/UDP兩者特征
應用層負責處理應用程式的邏輯。資料鍊路層、網絡層和傳輸層負責處理網絡通信細節，這部分必須既穩定又高效，是以它們都在核心空間中實作。而應用層則在使用者空間實作，因為它負責處理衆多邏輯，比如檔案傳輸、名稱查詢和網絡管理等。如果應用層也在核心中實作，則會使核心變得非常龐大。當然，也有少數伺服器程式是在核心中實作的，這樣代碼就無須在使用者空間和核心空間來回切換(主要是資料的複制)，極大地提高了工作效率。不過這種代碼實作起來較複雜，不夠靈活，且不便于移植。
ping是應用程式，而不是協定，它利用ICMP封包檢測網絡連接配接,是調試網絡環境的必備工具。
telnet協定：是一種遠端登入協定，它使我們能在本地完成遠端任務。
OSPF (Open Shortest Path First，開放最短路徑優先)協定是一種動态路由更新協定，用于路由器之間的通信，以告知對方各自的路由資訊。
DNS (Domain Name Service，域名服務)協定提供機器域名到IP位址的轉換。
應用層協定(或程式)可能跳過傳輸層直接使用網絡層提供的服務，比如ping程式和OSPF協定。應用層協定(或程式)通常既可以使用TCP服務，又可以使用UDP服務，比如DNS協定。我們可以通過/etc/services檔案檢視所有知名的應用層協定，以及它們都能使那些傳輸層服務。
DNS是--套分布式的域名服務系統。每個DNS伺服器上都存放着大量的機器名和IP位址的映射，并且是動态更新的。衆多網絡用戶端程式都使用DNS協定來向DNS伺服器查詢目标主機的IP位址。DNS查詢和應答封包的格式如圖。
16位辨別e字段用于标記- -對 DNS查詢和應答，以此區分-一個DNS應答是哪個DNS查詢的回應。16位标志字段用于協商具體的通信方式和回報通信狀态。
QR，查詢1應答标志。0表示這是-一個查詢封包，1表示這是一個應答封包。
opcode,定義查詢和應答的類型。0表示标準查詢，1表示反向查詢(由IP位址獲得主機域名)，2表示請求伺服器狀态。
AA，授權應答标志，僅由應答封包使用。1表示域名伺服器是授權伺服器。
TC，截斷标志，僅當DNS封包使用UDP服務時使用。因為UDP資料報有長度限制，是以過長的DNS封包将被截斷。1表示DNS封包超過512位元組，并被截斷。
RD,遞歸查詢标志。1表示執行遞歸查詢，即如果目标DNS伺服器無法解析某個主機名，則它将向其他DNS伺服器繼續查詢，如此遞歸，直到獲得結果并把該結果傳回給用戶端。0表示執行疊代查詢，即如果目标DNS伺服器無法解析某個主機名，則它将自己知道的其他DNS伺服器的IP位址傳回給用戶端，以供用戶端參考。
RA，允許遞歸标志。僅由應答封包使用，1表示DNS伺服器支援遞歸查詢。
zero，這3位未用，必須都設定為0。
rcode, 4位傳回碼，表示應答的狀态。常用值有0 (無錯誤)和3 (域名不存在)。.
接下來的4個字段則分别指出DNS封包的最後4個字段的資源記錄數目。對查詢封包而言，它一般包含1個查詢問題，而應答資源記錄數、授權資源記錄數和額外資源記錄數則為0。應答封包的應答資源記錄數則至少為1，而授權資源記錄數和額外資源記錄數可為0或非0。
查詢類型的格式：
查詢名以一定的格式封裝了要查詢的主機域名。16位查詢類型表示如何執
查詢操作，常見的類型有如下幾種:
類型A，值是1,表示擷取目标主機的IP位址。0類型CNAME，值是5,表示獲得目标主機的别名。
類型PTR,值是12，表示反向查詢。
16位查詢類通常為1,表示擷取網際網路位址(IP 位址)。
應答字段、授權字段和額外資訊字段都使用資源記錄(Resource Record，RR)格式。資源記錄格式如圖所示。
32 位域名是該記錄中與資源對應的名字，其格式和查詢問題中的查詢名字
段相同。16 位類型和16位類字段的含義也與DNS查詢問題的對應字段相同。
32位生存時間表示該查詢記錄結果可被本地用戶端程式緩存多長時間，機關是秒。
16位資源資料長度字段和資源資料字段的内容取決于類型字段。對類型A而言，資源資料是32位的IPv4位址，而資源資料長度則為4 (以位元組為機關)。
通過封裝(encapsulation)上層協定可以使用下層協定提供的服務。應用程式資料在發送到實體網絡上之前，将沿着協定棧從上往下依次傳遞。每層協定都将在上層資料的基礎上加上自己的頭部資訊(有時還包括尾部資訊)，以實作該層的功能。
經過TCP封裝後的資料稱為TCP封包段(TCP message segment)，或者簡稱TCP段。TCP協定為通信雙方維持一個連接配接，并且在核心中存儲相關資料。這部分資料中的TCP頭部資訊和TCP核心緩沖區(發送緩沖區或接收緩沖區)資料一起構成了 TCP封包段。
當發送端應用程式使用send (或者write)麗數向-一個TCP連接配接寫人資料時，核心中的TCP子產品首先把這些資料複制到與該連接配接對應的TCP核心發送緩沖區中，然後TCP子產品調用IP子產品提供的服務，傳遞的參數包括TCP頭部資訊和TCP發送緩沖區中的資料，即TCP封包段。
經過UDP封裝後的資料稱為UDP資料報(UDPdatagram)。UDP對應用程式資料的封裝與TCP類似。不同的是，UDP無須為應用層資料儲存副本，因為它提供的服務是不可靠的。當一個UDP資料報被成功發送之後，UDP核心緩沖區中的該資料報就被丢棄了。如果應用程式檢測到該資料報未能被接收端正确接收，并打算重發這個資料報，則應用程式需要重新從使用者空間将該資料報拷貝到UDP核心發送緩沖區中。
經過IP封裝後的資料稱為IP資料報(IP datagram)。IP 資料報也包括頭部資訊和資料部分，其中資料部分就是一個TCP封包段、UDP資料報或者ICMP封包。
經過資料鍊路層封裝的資料稱為幀(frame)。傳輸媒介不同，幀的類型也不同。比如，以太網上傳輸的是以太網幀(ethernet frame)，而令牌環網絡上傳輸的則是令牌環幀(token ring frame)。以以太網幀為例。
以太網幀使用6位元組的目的實體位址和6位元組的源實體位址來表示通信的雙方。關于類型(type)字段，4位元組CRC字段對幀的其他部分提供循環備援校驗。
幀的最大傳輸單元(Max Transmit Unit, MTU)，即幀最多能攜帶多少上層協定資料(比如IP資料報)，通常受到網絡類型的限制。圖1-6所示的以太網幀的MTU是1500位元組。正因為如此，過長的IP資料報可能需要被分片( fragment)傳輸。幀才是最終在實體網絡上傳送的位元組序列。至此，封裝過程完成。
當幀到達目标主機時，将沿着協定棧自低向上依次傳遞，各層協定依次處理幀中本次負責的頭部資料，以擷取所需的資訊，并最終将處理後的幀交給目标應用程式。這個過程稱為分用（(demultiplexing)。 分用是依靠頭部資訊中的類型字段實作的。