網絡層負責地址管理和路徑選擇
IP協議
首先，我們必須知道，IP協議實現了將數據從A主機跨網絡經過路徑選擇將數據送至B主機
IP在理解上要分爲網絡號+主機號；
- 基本概念
主機：配有IP地址，但是不進行路由控制的設備；
路由器：即配有IP地址，又能進行路由控制；
節點：主機和路由器的統稱； - 協議頭格式
如圖：
![在這裏插入圖片描述]()
說明：
（1）4位版本：指定IP協議的版本，對於IPv4來說是4個字節，對於IPv6來說是16個字節；
（2）4位頭部長度：IP頭部的長度表示的存在時多少個32bit，也就是length4的字節數，4bit表示大的數字是15，因此IP頭部大長度是60字節；
（3）8位區分服務：3位優先權字段（已經棄用），4位TOS字段，和1位保留字段（必須置爲0），4位TOS分別表示最小延時, 最大吞吐量, 最高可靠性, 最小成本. 這四者相互衝突, 只能選擇一個. 對於ssh/telnet這樣的應用程序, 最小延時比較重要; 對於ftp這樣的程序, 最大吞吐量比較重要；
（4）16位總長度：IP數據報整體佔多少個字節
（5）16位標識：唯一的標識主機發送的報文,如果IP報文在數據鏈路層被分片了，那麼每一個片裏面的這個id都是相同的，到對端重組的時候，根據這個標識可以直接重組；
（6）3位標誌字段：第一位保留（保留的意思是現在不用，但是還沒想好說不定以後要用到）；第二位置1表示禁止分片，這時候如果報文長度超過MTU（1500byte），ip模塊就會丟棄報文（爲什麼要分片？ip將報文交付給下層的MAC幀，所能傳輸的數據包長度不能超過MTU，若超過，就要分片，置0表示允許分片，置1表示禁止分片）；第三位表示“更多分片MF”，如果分片了的話，它的後面若還有分片，將當前位置置爲1，若沒有，置爲0；
（7）13位分片偏移：分片相對於原始IP報文開始處的偏移，其實就是在表示當前分片在原報文中處在哪個位置，實際偏移的字節數是這個值8得到的，除了後一個報文之外，其他報文的長度必須是8的整數倍（否則報文就不連續了）；
（8）8位生存時間：用來防止出現路由循環；
（9）8位協議：表示上層協議的類型，即交付上層哪一種協議（將有效載荷給誰）；
（10）16位頭部校驗和：使用CRC進行校驗來鑑別頭部是否損壞；
（11）32位源地址和32位目標地址：表示發送端和接收端的IP地址；
（12）選項字段（不定長最多40字節）；
分片相關：
上層協議不需要知道IP有沒有分片，一般不建議分片，因爲會導致在網絡中傳送丟包概率增加，IP層沒有超時傳輸機制，若有一個分片丟失，只能依賴傳輸層重傳，結果所有分片都要重傳，大大降低了傳輸層傳輸數據成功率； - 網段劃分
一個IP地址=網絡號+主機號，網段劃分主要是提高主機檢索效率；
網絡號：保證相互連接的兩個網段具有不同的標識；
主機號：同一網段內主機之間具有相同的網絡號但是必須有不同的主機號；
不同的子網就是把網絡號相同的主機放在一起，所有的網絡號相同的主機構成一個子網；
如果在子網中新增一臺主機，則這臺主機的網絡號和這個子網的網絡號一致，但是主機號必須不能和子網中的其它主機重複；
關於DHCP：
就是動態分配IP，一般路由器都帶有DHCP功能，因此路由器可以看成一個DHCP服務器； - 五類IP和CIRD塊
如圖：
![在這裏插入圖片描述]()
A類 0.0.0.0到127.255.255.255
B類 128.0.0.0到191.255.255.255
C類 192.0.0.0到223.255.255.255
D類 224.0.0.0到239.255.255.255
E類 240.0.0.0到247.255.255.255
但是這種劃分方案的侷限性很大，大多數組織都申請B類地址，導致B類地址很快被分配完了，而A類卻浪費了大量地址，針對這種情況提出了新的劃分方案，稱爲CIDR：
引入一個額外的子網掩碼來區分網絡號和主機號，子網掩碼是一個32位的正整數，通常用一串“0”來結尾，將IP地址和子網掩碼進行“按位與”操作得到的結果就是網絡號，網絡號和主機號的劃分與這個IP地址是A類，B類還是C類無關；
主機號從全0到全1就是子網的地址範圍； - 特殊的IP地址
將IP地址中的主機地址全部設爲0，就是網絡號，代表這個局域網，將主機地址全部設爲1就成爲了廣播地址，用於給同一個鏈路中相互連接的所有主機發送數據包；127.*的IP地址用於本機環回測試，通常是127.0.0.1；
私有IP地址和公網IP地址
- 什麼是私有IP地址和公網IP地址
如果一個組織內部組件局域網，IP地址只用於局域網內的通信而不直接連到Internet上，理論上使用任意的IP地址都可以，但是RFC1918規定了用於組件局域網的私有IP地址：
10 .* ：前8位是網絡號,共16,777,216個地址
172.16.到172.31.：前12位是網絡號,共1,048,576個地址
192.168.*：前16位是網絡號,共65,536個地址
包含在這個範圍中的, 都成爲私有IP, 其餘的則稱爲全局IP(或公網IP);
即公網IP地址是在全球範圍內都可以訪問的服務，公網IP表示唯一一臺主機； - 路由
路由的過程就是一跳一跳“問路”的過程，所謂“一跳”就是數據鏈路層中的一個區間，具體在以太網中指從源MAC地址到目的MAC地址之間的幀傳輸區間；
IP數據包的傳輸過程也和問路一樣：
路由器的工作原理：
（1）路由器接收到數據包，提取目的IP地址以及子網掩碼計算目標網絡地址；
（2）根據目標網絡地址查找路由表，如果找到目標網絡地址就按照相應的出口發送到下一個路由器；
（3）如果沒有找到，就看一下有沒有默認路由，如果有就按照默認路由的出口發送給下一個路由器；
（4）如果沒有找到就給源IP發送一個出錯ICMP數據包表明沒法傳遞該數據包；
（5）如果是直連路由就按照第二層MAC地址發送到目標站點；
爲了判定當前這個數據包應該發送到哪裏，就要依靠每個節點內部維護一個路由表（可以使用route命令查看）；
總結：ip地址解決的是將數據從A主機跨網絡經過路徑選擇將數據送至B主機，Mac地址解決的是同一網段將數據從A主機送到B主機的問題；