感性理解

IP协议报头

解包分用

分片与组装

网段划分

为什么要进行网段划分

感性理解网段划分

特殊IP地址+IP地址的数量限制

私有IP地址和公网IP地址

路由

感性理解

1.在之前的文章中介绍了TCP协议，TCP提供了可靠传输的一系列策略（如：确认应答，超时重传.....）,但是真正完成传输工作的是传输层之下的网络层和数据链路层。TCP(策略)+IP(行动) = 可靠的将数据传输到对端。

2.IP层的核心工作：IP地址可以定位主机，把数据报文从主机A跨网络送到主机B，也就是数据的路由。

3.IP = 目标网络 + 主机号（后面详细介绍）。

4.主机: 配有IP地址, 但是不进行路由控制的设备; 路由器: 即配有IP地址, 又能进行路由控制; 节点: 主机和路由器的统称。

IP协议报头

●4位版本号(version): 指定IP协议的版本, 对于IPv4来说, 就是4.
●4位头部长度(header length): IP头部的长度是多少个32bit, 也就是 length * 4 的字节数。4个比特位能够表示的十进制数据范围是【0,15】,TCP报头的总长度=4位首部长度*4字节，也就是说报头的总长度范围是【0，60】，但是报头中还包含固定大小的20字节。综上所述，报头的最终范围是【20，60】。
●8位服务类型(Type Of Service): 3位优先权字段(已经弃用), 4位TOS字段, 和1位保留字段(必须置为0). 4位TOS分别表示: 最小延时, 最大吞吐量, 最高可靠性, 最小成本. 这四者相互冲突, 只能选择一个。
●16位总长度(total length): IP数据报整体占多少个字节。
●16位标识(id): 唯一的标识主机发送的报文。如果IP报文在数据链路层被分片了, 那么每一个片里面的这个id都是相同的。
●3位标志字段: 第一位保留(保留的意思是现在不用, 但是还没想好说不定以后要用到). 第二位置为1表示禁止分片, 这时候如果报文长度超过MTU, IP模块就会丢弃报文. 第三位表示"更多分片", 如果分片了的话,最后一个分片置为0, 其它片是1. 类似于一个结束标记。
●13位分片偏移(framegament offset): 是分片相对于原始IP报文开始处的偏移. 其实就是在表示当前分片在原报文中处在哪个位置. 实际偏移的字节数是这个值 * 8 得到的. 因此, 除了最后一个报文之外, 其他报文的长度必须是8的整数倍(否则报文就不连续了)。
●8位生存时间(Time To Live, TTL): 数据报到达目的地的最大报文跳数. 一般是64. 每次经过一个路由, TTL-= 1, 一直减到0还没到达, 那么就丢弃了. 这个字段主要是用来防止出现路由循环。
●8位协议: 表示上层协议的类型。
●16位头部校验和:鉴别头部是否损坏。
●32位源地址和32位目标地址: 表示发送端和接收端。
●选项字段(不定长, 最多40字节）。

解包分用

1.报头和有效载荷分离

数据报总长度：从IP协议报头的16位总长度字段获取。

报头长度：4位首部长度字段中的值*4。

有效载荷长度：总长度 - 报头长度。

2.如何向上交付

8位协议字段中存储的是上层协议的类型。根据这一字段有选择的向上一层交付。

分片与组装

16位标识：保证同一个报文的分片能被识别出来。

3位标志：只关注第三位，如果分片了的话,最后一个分片置为0, 其它片是1.。。

13位片偏移：分片相对于原始IP报文开始处的偏移。

分片：如果一个数据包从以太网路由到拨号链路上,数据包长度大于拨号链路的MTU了,则需要对数据包进行分片(fragmentation)。

组装：所有分片到达对端后, 会按顺序重组, 拼装到一起。分片中任意一个丢失, 接收端的重组就会失败。

●开头介绍的三个字段就能支持分片和组装：

1.怎样确定一个报文被分片了？

答：如果更多分片是1，就证明该报文被分片了。如果更多分片是0且片偏移大于0,就能说明是分片。

2.同一个报文的分片怎样确保能被识别出来？

答：根据16位标识，字段相同就是同一个报文的分片。

3.哪个分片是第一个，哪一个是最后一个？

答：更多分片是1，片偏移是0，说明是第一个分片。更多分片是0，片偏移大于0，说明是最后一个分片。

4.分片到达对端，怎样确保正确的组装。

答：根据片偏移进行升序排序。

5.怎样判断分片是否有丢失。

答：当前起始位置+自身长度如果等于下一报文中填充的片偏移大小就没有问题，反之就有丢失。

网段划分

IP地址 = 网络号+主机号。子网划分就是借用现有网段的主机位的最左边某几位作为子网位，划分出多个子网。

为什么要进行网段划分

互联网中的每一台主机都要隶属于某个子网，方便定位这个主机。---- 查找效率高。

假设A国庶人张三捡到了一张身份证，张三发现这个身份证不是A国的（这个很容易对比，和自己的不一样），为了物归原主，张三把身份证上交，身份证经过层层呈递来到了天子的手中，天子经过对比发现这是C国的身份证，将其交给C国天子，C过天子在跟具身份证上的信息向下传递，最终物归原主。

上述描述比较粗糙：大致过程为A国庶民（身份证就是要传递的信息）-> .....->A国天子->跨网络传输->B国天子->.....->B国失主（物归原主）。如果丢失身份证的人不属于任何一个国家（子网），就无法定位到这个失主（主机）。

感性理解网段划分

1.网络号：保证相互连接的两个子网具有不同的标识。

2.主机号：同一子网中，主机之间具有相同的网络号，但是必须有不停的主机号。保证主机在子网中的唯一性。

3. /24(/x):表示从头到第几位属于网络号。

4.子网不同，网络号必须配置不同的值。

1.不同的子网其实就是将网络号相同的主机放到了一起。

2.如果在子网中新增一台主机，则这台主机的网络号和这个子网的网络号一致。但是主机号不能和子网中其它主机重复。

3.手动的管理子网中的IP,非常麻烦。有一种叫做DHCP的技术，能够自动的给子网内新增主机节点分配IP。

4.一般的路由器都带有DHCP功能，所以路由器也可以看做是一个DHCP服务器。

●划分网络号和主机号的老方案

1. A类 0.0.0.0到127.255.255.255
2. B类 128.0.0.0到191.255.255.255
3. C类 192.0.0.0到223.255.255.255
4. D类 224.0.0.0到239.255.255.255
5. E类 240.0.0.0到247.255.255.255

上述方案中存在着一定的局限性，大多数组织都申请B类网络地址，导致B类地址很快就分配完了，而A类却浪费了大量地址（A类子网内能容纳的主机数据太多，在实际网络架设中，几乎不会存在一个子网中有这么多主机的情况，一次大量的IP地址被浪费掉了）。

●划分网络号和主机号的新方案

1.引入一个额外的子网掩码(subnet mask)来区分网络号和主机号。子网掩码也是一个32位的正整数. 通常用一串 "0" 来结尾。将IP地址和子网掩码进行 "按位与" 操作, 得到的结果就是网络号，网络号和主机号的划分与这个IP地址是A类、B类还是C类无关。例如：