协议族：一系列相关协议的集合称为一个协议族。
协议族的体系结构或参考模型：指定一个协议族中的各种协议之间的相互关系并划分需要完成的任务的设计，称为协议族的体系结构或参考模型。
TCP/IP：是一个实现Internet体系结构的协议族。
TCP/IP体系结构来源于实际工作，用于满足多种不同的分组交换计算机网络的互联需求。
这由一组网关(后来称为路由器)来实现，网关可以在互不兼容的网络之间提供翻译功能。随着越来越多的提供各种服务的节点投人使用，由此产生的“串联”网络或多类型网络(catenet)--后来称为互联网络(intermetwork)将更加有用。在协议体系结构全面发展之前的几年，有人已经设想了全球性网络可能提供的服务类型。
体系结构(协议和物理)实际上是一组设计决策，涉及支持哪些特点和在哪里实现这些特点。
1.1体系结构原则
TCP/IP协议族允许计算机、智能手机和嵌人式设备之间通信，它们可以采用各种尺寸，来自不同计算机生产商和运行各种软件。在21世纪到来之际，这已成为现代通信、娱乐和商务活动的必要需求。TCP/IP确实是一个开放的系统，协议族定义和很多实现是公开的，费很少或根本不收费。它构成全球因特网(Interet)的基础(因特网是一个拥有遍布全大约20亿用户(2010年，占全球人口的30%)的广域网)。尽管很多人认为因特网和万维网是可互换的术语，但我们通常认为因特网在计算机之间提供了消息通信能力，而万维网是一种使用因特网来通信的具体应用。在20世纪90年代早期，万维网恐怕是最重要的因特网应用，并使因特网技术得到全世界的重视。
Intemet体系结构在几个目标的指导下建立。Internet体系结构应将多种网络互联起来，并在互联的网络上同时运行多个应用。基于这个首要目标，Clark提供了以下的二级目标列表:
Internet通信在网络或网关失效时必须能持续。
Internet必须支持多种类型的通信服务。
Internet体系结构必须兼容多种网络。
Internet 体系结构必须允许对其资源的分布式管理。
Internet体系结构必须是经济有效的。
Internet体系结构必须允许低能力主机的连接。
Internet 中使用的资源必须是可统计的。
上面列出的很多目标将被最终的设计决策所采纳。但是，在制定这些体系结构原则时，这些原则影响到设计者所做的选择，最后少数几种设计方案脱颖而出。我们将提到其中几种重要方案及其结果。
1.1.1分组、连接和数据报
直到20世纪60年代，网络的概念主要是基于电话网络。它是针对在一次通话中连接双方通话而设计的。一次通话通常要在通话双方之间建立一条连接。建立一个连接意味着，在-次通话过程中，通话双方之间需要建立一条线路(最初是一条物理电路)。当一次通话结束时，这条连接被释放，允许这条线路用于其他用户通话。通话时间和连接端身份用于用户计费。当一次连接建立后，它为用户提供一定数量的带宽或容量，以便传输信息(通常是语音)。电话网从最初的模拟网络演变到数字网络，这样极大地提高了自身的可靠性和性能。在线路一端输人的数据，沿着某些预先建立的经过网络交换机的路径，通常具有某个时间(延迟)上限，在线路另一端以一种可预测方式出现。这样，在用户需要且线路可用的情况下，可以提供可预测的服务。线路是一条通过网络的路径，它为一次通话过程而保留、即使在并不繁忙的情况下。关于电话网络的常识是:在一次通话期间，即使我们没有说任何话、也要为这段时间而付费。
20世纪60年代出现的一个重要概念是分组交换思想。在分组交换中，包含一定字节数的数字信息“块”(分组)独立通过网络。来自不同来源或发送方的块可以组合，而且以后可以分解，这称为"(多路)复用"。这些块在到达目的地的过程中，需要在交换设备之间传输，并且路径可以改变。这样做有两个潜在的优点:网络更有弹性(设计者不用担心网络受到物理攻击)，基于统计复用可更好地利用网络链路和交换设备。
当一台分组交换机接收到分组时，它们通常存储在缓存或队列中，并通过先到达先服务(FCFS)的方式处理。这是最简单的分组处理调度方式，又称为先进先出(FIFO)。FIFO缓冲区管理和按需调度很容易结合起来实现统计复用，它是Internet中用来处理不同来源的混合流量的主要方法。在统计复用中，流量基于到达的统计或时间模式而混合在一起。这种多路复用是简单而有效的，因为如果网络带宽被使用和有流量通过，那么网络中的每个瓶颈或阻塞点将会繁忙(高利用率)。这种方法的缺点是可预测性有限，通过某些特定应用的性能可看出，它依赖于对共享网络的其他应用的统计。统计复用就像是一条高速公路，车辆可以变换车道，但是最终会分散在各处，任何点的收缩都可能造成道路繁忙。
某些替代性的技术，例如时分复用(TDM)和静态复用，通常在每个连接上为数据保留一定量的时间或其他资源。虽然这种技术可能具有更好的可预测性，可用于支持恒定比特率的电话通话功能，但它可能无法充分利用网络带宽，这是由于保留的带宽可能未使用。注意，当电路是通过TDM技术来实现时，虚电路(VC)会表现出很多电路行为，但是不依赖于物理的电路交换机，而通过顶层的面向连接的分组来实现。这是流行的X.25协议的基础，该技术直到20世纪90年代初才开始被帧中继大规模取代，并最终被数字用户线(DSL)技术和支持 Internet 连接的电缆调制解调器所取代。
对于虚电路抽象和面向连接的分组网络(例如X.25)，需要在每个交换机中为每个连接存储一些信息或状态。原因是每个分组只携带少量的额外信息，以提供到某个状态表的索引。例如，在X.25 中，12位的逻辑信道标识符(LCI)或逻辑信道号(LCN)被用于这个目的。在每台交换机中，LCI或LCN和交换机中的每个流状态相结合，以决定分组交换路径中的下一台交换机。在使用信令协议在一条虚电路上交换数据之前，每个流状态已经建立，该协议支持连接建立、清除和状态信息。因此，这种网络称为面向连接的。
无论是建立在线路还是交换的基础上，面向连接的网络是多年来最流行的联网方式。在20世纪60年代后期，数据报作为另一种可选方案而得到发展。数据报起源于CYCLADES系统，它是一个特定类型的分组，有关来源和最终目的地的所有识别信息都位于分组中(而不是分组交换机中)。虽然这通常需要较大的数据包，但不需要在交换机中维护连接状态，它可用于建立一个无连接的网络，并且没必要使用复杂的信令协议。数据报很快被早期的Internet 设计者所接受，这个决定对协议族其他部分有深远影响。
另一个相关的概念是消息边界或记录标记。如图1-1所示，当一个应用将多个信息块发送到网络中，这些信息块可能被通信协议保留，也可能不被通信协议保留。大多数数据报协议保存消息边界。这样设计是很自然的，因为数据报本身有一个开始和结束。但是，在电路交换或虚电路网络中，一个应用程序可能需要发送几块数据，接收程序将所有数据作为一个块或多个块来读取。这些类型的协议不保留消息边界。在底层协议不保留消息边界，而应用程序需要它的情况下，应用程序必须自己来提供这个功能。
1.1.2 端到端论点和命运共享
当我们设计一个大的系统(例如操作系统或协议族)时，随之而来的问题通常是在什么位置实现某个功能。影响TCP/IP协议族设计的一个重要原则称为端到端论点:
只有在通信系统端角度的应用知识的帮助下，才能完全和正确地实现问题中提到的功能。因此，作为通信自身的一个特点，不可能提供有疑问的功能。(有时,通信系提供的一个功能不完整的版本可能用于提高性能。)
在第一次阅读时，这种观点看起来似乎相当直观，它可能对通信系统设计产生深远影响。它认为只有涉及通信系统的应用程序或最终用户，其正确性和完整性才可能得到实现。即使为正确实现应用程序做了努力，其功能可能注定不会很完善。总之，这个原则认为重要功能(例如差错控制、加密、交付确认)通常不会在大型系统的低层实现。但是，低层可以提供方便端系统工作的功能，并最终可能改善性能。这种观点表明低层功能不应以完美为目标，这是因为对应用程序需求做出完美推测是不可能的。端到端论点倾向于支持一种使用“哑”网络和连接到网络的“智能”系统的设计方案。这是我们在TCP/IP设计中所看到的，很多功能(例如，保证数据不丢失、发送方控制发送速率)在端主机的应用程序中实现。选择哪些功能在同一计算机、网络或软件栈中实现，这是另一个称为命运共享的相关原则。
命运共享建议将所有必要的状态放在通信端点，这些状态用于维护一个活动的通信关联(例如虚拟连接)。由于这个原因，导致通信失效的情况也会导致一个或更多端点失效，这样显然会导致整个通信的失败。命运共享是一种通过虚拟连接(例如，由TCP实现)维持活动的设计理念，即便网络连接在一段时间内失效。命运共享也支持一种“带智能终端主机的哑网络”模型，当前Internet中的矛盾是:哪些功能在网络中实现，哪些功能不在网络中实现。
1.1.3 差错控制和流量控制
在网络中存在数据损坏或丢失的情况。这可能出于各种原因,例如硬件问题、数据传输中被修改，在无线网络中超出范围，以及其他因素。对这种错误的处理称为差错控制，它可以在构成网络基础设施的系统、连接到网络的系统或其他组合中实现。显然，端到端论点和命运共享建议在应用程序附近或内部实现差错控制。
通常，在只有少数位出错的情况下，我们关注的是，当数据已被接收或正在传输过程中，有些数学代码可用于检测和修复这种位差错。这个任务通常在网络中执行。当更多严重损坏发生在分组网络时，整个分组通常被重新发送或重新传输。在线路交换或虚电路交换网络(例如X.25)中，重新传输通常在网络内部进行。这对那些顺序要求严格和无差错交付的应用是有用的，但有些应用不需要这种功能或不希望为数据可靠交付而付出代价(例如连接建立和重新传输延迟)。一个可靠的文件传输应用并不关心交付的文件数据块的顺序，最终将所有块无差错地交付并按原来顺序重新组合即可。
针对网络中可靠、按顺序交付的实现开销，中继和Interet协议采用一种称为尽力而为交付的服务。在尽力而为的交付中，网络不会花费很大努力来确保数据在没有差错或缺陷的情况下交付。某些差错通常用差错检测码或校验和来检测，例如那些可能影响一个数据报定向的差错，当检测到这种差错时，出错的数据报仅被丢弃而没有进一步行动。
如果尽力而为的交付成功，发送方能以超过接收方处理能力的速度生成信息。在尽力而为的IP网络中，降低发送方的发送速度可通过流量控制机实现，它在网络外部或通信系统高层中运行。注意，TCP会处理这种问题。这与端到端论点一致:TCP在端主机中实现速率控制。它也与命运共享一致:这种方案在网络基础设施中有些单元失效的情况下，不会影响网络设备的通信能力(只要有些通信路径仍然可用)。