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一、IP协议解析

（一）4位版本

用于标识版本协议 4-ipv4。

（二）4位报头长度

以4字节为单位，ip报头最小20最大60字节。

（三）8位服务类型

3位优先权弃用，4位类型，1位保留。

（四）16位数据报长度

限制一个IP报文必须小于64k。

• 一个tcp报文数据最大长度必须小于64k-40；
• 一个ucp报文数据最大长度必须小于64k-28。

（五）16位分片标识

用于分片重组时，识别当前分片属于哪个原始报文，相同的原始报文的分片具有相同的分片标识。

链路层MTU：最大传输单元，限制了一个数据帧在网络中的最大传输大小。

如果一个报文长度处于网络层允许，但是MTU不允许，MTU<IP报文大小<64k；
则这个包在网络层就会被分片，就指的是，将一个大的报文分割成多个小的报文–分片，
每个分片封装一个IP报头进行传输，
这些分片在对端主机上会进行分片重组，重组为原始的报文向上层交付。

既然要在对端进行分片重组，那么哪个分片属于哪个原始报文呢？又在原始报文什么位置呢？
（答：分片标识的作用）

（六）3位分片标志

1位保留，1位禁止分片标志，1位分片结尾标志。

（七）13位分片偏移

标识了当前分片在原始报文中的位置，是以8字节为单位的。如果数据是1，则偏移量实际上是第8字节处。

为什么要以8字节为单位？
13个比特位表示最大大小为8192，而一个原始报文最大大小为64k，以8字节为单位才能完整表示
（ 2^10=1024， 2^3 = 8192 * 8 = 64k ）*
因此实际上每个分片（除了最后一个）他的分片大小肯定都是8的整数倍。

（八）8位TTL

报文在网络上的生命周期，最大数字是255，表示所能经过的路由器跳数。（每经过一个路由器就会-1）

（九）8位传输层协议

数据到达对端会进行数据分用，也就是选择一个传输层协议进行数据解析，封装时的上层协议类型。

（十）16位校验和

校验数据一致性。

（十一）32位源端-对端IP地址

用于描述通信的两端主机。

（十二） 0-40字节选项数据

比如路由跟踪时候记录的路由信息…

二、地址管理与路由选择

（一）IP地址

用于在网络中唯一标识一台主机。

ipv4：uint32_t类型，IP地址大致有42亿9千多万，IP地址实际上不够用，

DHCP动态地址分配-谁上网给谁分配地址

问题：如何分配地址才能保证网络上IP地址不重复呢？

答：
分网络进行地址管理，一个网络中的主机能够被分配到的IP地址都会具有这个网络的标识—网络号，
这时候只要每个网络的网络号不同，则可以将网络地址管理简单化了。

（二）IP地址组成

网络号+主机号

• 网络号：是一个网络的标识，一个网络分配的IP地址都具有相同的网络号。
• 主机号：是一台主机在当前网络中的标识。

（三）网络号—俗称“网段”的管理

早期的网络划分方式：将所有的IP地址分为了五大类：

1.A类网络

高1位固定是0；7位网络号；24位主机号；
用于组建超大型网络–一个网络中具有1600w+主机号。

A类网络网络号范围：0～127，
其中IP地址范围：0.0.0.0～127.255.255.255，总共有128个A类网络。
其中每个网络中具有255×255×255个主机号；例如0号网络的IP地址：0.0.0.0～0.255.255.255。

2.B类网络

高2位固定10；14位网络号；16位主机号；
用于组建中型网络–一个网络中具有64k个主机号。

B类网络网络号范围：128.0～191.255，
其中IP地址范围：128.0.0.0～191.255.255.255，共有1w+B类网络。
其中每个网络中具有255×255个主机号，例如128.0网络的IP地址：128.0.0.0～128.0.255.255。

3.C类网络

高3位固定110；21位网络号；8位主机号；
用于组建小型网络-一个网络中具有256个主机号。

C类网络网络号范围：192.0.0～223.255.255；
其中IP地址范围：192.0.0.0～223.255.255.255。
其中每个网络中具有256个主机号，例如192.0.0网络IP地址范围：192.0.0.0～192.0.0.255。

以下地址哪个是C类地址：
（1）23.244.23.24 （2）156.23.23.23 （3）193.23.23.23 （4）191.24.24.24

4.D/E类网络:特殊网络

（四）子网掩码

这种早期网络划分方式，比较粗糙，A类地址浪费较多。
而当前使用的划分方式，是在早期基础上，
引入了一个新的字段-【子网掩码】进行网络划分—CIDR方案：

子网掩码： uint32_t类型的数据，不过其中的数据由连续二进制1组成

1.子网掩码明确限制了一个网络中的主机号个数

子网掩码取反得到的数据就是一个子网中最大的主机号max，那么子网的主机号范围就是0～max。

2.子网掩码与IP地址相与，可以得到当前IP地址所属的网络号

例如：

3.子网掩码可以用于辨别一个ip地址是否属于某个网络

例如：一个公司申请了一个C类网络192.168.2.0/24，公司有4个部门，这时候要将网络平均划分4个子网，请问，每个子网的主机号范围，以及网络号，以及子网掩码是多少？

（五）特殊IP地址

一个子网中有两个地址是不能分配给主机的：
（1）主机号全为0的地址：

实际上就是网络号，是网络的标识

（2）主机号全为1的地址：

局域网的广播地址，UDP相较于TCP多一个功能-局域网广播，将数据发送给局域网广播地址，
则表示将数据发送给了局域网中的所有主机。

（1）0.0.0.0

用于识别本机上的所有IP地址，或者说任意IP地址，通常用于服务器的绑定监听地址。

（2）255.255.255.255

全网广播地址，用于dhcp请求的时候目标主机地址。

一个主机连接到一个网路，向路由器发送dhcp请求，要求路由器给自己分配地址，网络通信，
必须知道目标端IP地址，而这个新连接主机要如何知道路由器的地址呢？
设为全网广播地址！！！

（3）127.0.0.1

其实127网段都是用于本地回环，其中127.0.0.1是最为典型的虚拟回环网卡地址。

用于实现本地网络回环测试。

（六）NAT/NAPT—网络地址转换技术

在地址管理中，光dhcp动态分配是不够的，IP地址还是不够分，因此还有一个非常重要的管理方式：

NAT/NAPT：网络地址转换技术

用于组建私网，对于私网中向外通信的数据，将其源端私网IP地址进行地址替换，替换为对外的公网IP地址。

使用NAT/NAPT方式组建私网，对流经网关的数据进行源端地址替换，替换为对外地址，
这样的话私网中的很多主机实际上就只用了一个对外的IP地址在上网。

私网主机的请求数据，出去的时候都被转换为对外地址了，
这种情况**，不同的私网内的主机IP地址是可以重复的，**
因为数据出去时被转换的地址和端口是不会重复的。

这样也会造成一个问题：私网间的主机是无法直接通信的。

私网内的主机实际上对外是不可见的（因为外部看到的是转换后对外的地址），
但是这样从侧面加强了私网的网络保护。

要求：私网IP地址虽然不同私网可以重复使用，但是不能与公网IP地址冲突。

RFC1918文档规定：用于组建私网，只能用以下IP地址：

1. 10...* ：1个大型私网网段
2. 172.16..～172.31.. ：16个中型私网网段
3. 192.168.. ：256个小型私网网段，用于组建私网

私网：我们自己所搭建的一个内部的私有网络。

公网：也叫外网，就是我们通常所说的上网的互联网。

（七）路由选择

一条数据，要到达对端主机需要经过很多路由器的转发，但是网络是一个非常复杂的星型结构，
因此一条数据如何转发能够最快到达对端。

在每一台节点设备上都有一样东西—路由表

一个路由器拿到一个数据后，会取出目标IP地址，然后在自己所有的路由表中进行查看，
逐个与每个路由表中的网络信息进行比对：

1. 与对应网络子网掩码相与；
2. 拿相与结果与对应网络的网络号相比；
   (1)一样则数据目标主机属于此网络；
   (2)不一样则对比下一个路由选项；
3. 若所有路由表项都没有；
4. 则将数据转发给自己的网关设备。

互联网上的路由器，通常不仅仅包含有自己相连的网络的路由信息，
实际上有很多层网络的路由表信息， 因为网络上路由器会多层广播自己的路由表。

不同的私网地址和网络号可以重复使用，但是相邻的私网之间，不能具有相同的网络号。
比如路由器组建的私网，与自己所在的私网网络号相同，会造成路由器的路由表中信息冲突。

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